SPI驱动(五) -- SPI_DAC上机实验(使用spidev)

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参考资料：

参考资料：

• 内核驱动：drivers\spi\spidev.c

• 内核提供的测试程序：tools\spi\spidev_fdx.c

• 内核文档：Documentation\spi\spidev

• DAC芯片手册：TLC5615.pdf

一、DAC硬件

1.1 原理图

1.2 扩展板连接图

1.3 DAC原理

(1) 内部框图

引脚：

• CS：片选引脚
• SCLK：时钟引脚
• DIN：输入引脚（接收来自master的数据）
• OUT：模拟信号输出
• DOUT：数字信号输出（可以用于级联下一个DAC芯片的DIN）

寄存器：

• 16 Bit shift Register：16位移位寄存器，DIN收到的是16位数据，最高4位无效，最低2位必须是0，中间10位是真正有效的数据位
• 10 Bit DAC Register:10位DAC寄存器，将10位数字信号转换为模拟信号

(2)时序图

操作过程

• 拉低CS
• 在SCLK的上升沿，从DIN采集16位数据，存入16-Bit Shift Register
• 在CS的上升沿，把16-Bit Shift Register中的10位数据传入10-Bit DAC Register，作为模拟量在OUT引脚输出
• 在SCLK上升沿发出DOUT信号
• DOUT数据来自16-Bit Shift Register
  • 第1个数据是上次数据遗留下的LSB位（这里逻辑有bug，实际应该是传输最高位）
  • 其余15个数据来自16-Bit Shift Register的高15位（这里逻辑有bug，实际应该是传输剩下的15位）
  • 16-Bit Shift Register的LSB在下一个周期的第1个时钟传输
  • LSB必定是0，所以当前的周期里读出16-Bit Shift Register的15位数据也足够了

(3)DAC公式

输出电压 = 2 * VREFIN * n / 1024 = 2 * 2.048 * n / 1024
其中: n为10位数值

二、编写APP

/* 参考: tools\spi\spidev_fdx.c */

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#include <linux/types.h>
#include <linux/spi/spidev.h>

/* dac_test /dev/spidevB.D <val> */

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	unsigned int val;
	struct spi_ioc_transfer	xfer[1]; /* 一个传输结构 */
	int status;

	unsigned char tx_buf[2];	
	unsigned char rx_buf[2];	
	
	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage: %s /dev/spidevB.D <val>\n", argv[0]);
		return 0;
	}

    /* 打开设备 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd < 0) {
		printf("can not open %s\n", argv[1]);
		return 1;
	}

	val = strtoul(argv[2], NULL, 0); /* 字符串转整型 */
	val <<= 2;                       /* bit0,bit1 = 0b00 */
	val &= 0xFFC;                    /* 只保留10bit */

	tx_buf[1] = val & 0xff;       /* 低8位 */
	tx_buf[0] = (val>>8) & 0xff;  /* 高8位 */	

	memset(xfer, 0, sizeof xfer);


	xfer[0].tx_buf = tx_buf;
	xfer[0].rx_buf = rx_buf;
	xfer[0].len = 2;

	/* 同时写同时读 */
	status = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), xfer);
	if (status < 0) {
		printf("SPI_IOC_MESSAGE\n");
		return -1;
	}

	/* 打印DOUT数据 */
	val = (rx_buf[0] << 8) | (rx_buf[1]);
	val >>= 2;
	printf("Pre val = %d\n", val);
	
	
	return 0;
}

三、编写设备树

设备树文件：\arch\arm\boot\dts\100ask_imx6ull-14x14.dts
修改：spi1节点写添加dac节点。

&ecspi1 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi1>;
    
    fsl,spi-num-chipselects = <2>;
    cs-gpios = <&gpio4 26 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio4 24 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";

    dac:dac {
		compatible = "spidev";
        reg = <0>;                      //第一个片选引脚
        spi-max-frequency = <20000000>; //最大频率
    };
};

最大频率如何确定：
查看芯片手册，可以知道最小时钟周期50ns。

T = 25 + 25 = 50ns
F = 20000000 = 20MHz

四、上机实验

• 编译app

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc  -o  dac_test  dac_test.c

• 编译设备树

内核路径执行：make dtbs

• 内核配置spidev，并编译内核

内核路径执行：make menuconfig
选上SPI_SPIDEV，保存退出
内核路径执行：make zImage

• 替换开发板设备树和内核镜像

cp /mnt/imx6ullsdk/repo/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88/arch/arm/boot/zImage /boot/
cp /mnt/imx6ullsdk/repo/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88/arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb /boot/

• 重启开发板
• 查看设备节点

$ ls /dev/spidev0.0 -l
crw------- 1 root root 153, 0 Jan  1 05:17 /dev/spidev0.0

• 运行测试程序

$ ./dac_test /dev/spidev0.0 90  //传入的数值不同，led亮度不同
Pre val = 1000 //前一次的数据
$ ./dac_test /dev/spidev0.0 500
Pre val = 90  //前一次的数据
$ ./dac_test /dev/spidev0.0 100
Pre val = 500 //前一次的数据

五、Bug分析

（1）DAC时序图bug
第一个时钟DOUT应该开始传输上次数据的最高位。

（2） spidev.c中的bug

内核警告：

解决：spidev.c中的of_match_table对应数组补充一项：

六、总结

本文介绍基于spidev驱动的SPI_DAC设备上机实验。