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如何编写基于ARM的裸机程序和基于Linux的驱动程序?

2021-01-16 15:44
一口Linux
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ARM系列文章合集如下:

《从0学arm合集》

前言

在嵌入式开发中,ADC应用比较频繁,本文主要讲解ADC的基本原理以及如何编写基于ARM的裸机程序和基于Linux的驱动程序。

ARM架构:Cortex-A9Linux内核:3.14

在讲述ADC之前,我们需要先了解什么是模拟信号和数字信号。

模拟信号

主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落,如每天温度的变化,而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号,此信号可以被模拟电路进行各种运算,如放大,相加,相乘等。

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息,其信号的幅度,或频率,或相位随时间作连续变化,如目前广播的声音信号,或图像信号等。

如下图所示从上到下一次是正弦波、 调幅波、 阻尼震荡波、 指数衰减波 。

数字信号

数字信号指幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小,易于有数字电路进行处理,所以得到了广泛的应用。

数字信号:高清数字电视,MP3,JPG,PNG文件等等。

优点:

1. 抗干扰能力强、无噪声积累

在模拟通信中,为了提高信噪比,需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大,信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。

随着传输距离的增加,噪声累积越来越多,以致使传输质量严重恶化。

对于数字通信,由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值),在传输过程中虽然也受到噪声的干扰,但当信噪比恶化到一定程度时,

即在适当的距离采用判决再生的方法,再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号,所以可实现长距离高质量的传输。

2. 便于加密处理

信息传输的安全性和保密性越来越重要,数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多,以话音信号为例,经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。

3. 便于存储、处理和交换

数字通信的信号形式和计算机所用信号一致,都是二进制代码,因此便于与计算机联网,也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换,

可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。

4. 设备便于集成化、微型

数字通信采用时分多路复用,不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路,可用大规模和超大规模集成电路实现,因此体积小、功耗低。

5. 便于构成综合数字网和综合业务数字网

采用数字传输方式,可以通过程控数字交换设备进行数字交换,以实现传输和交换的综合。

另外,电话业务和各种非话业务都可以实现数字化,构成综合业务数字网。

6. 占用信道频带较宽

一路模拟电话的频带为4kHz带宽,一路数字电话约占64kHz,这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率),数字电话的带宽问题已不是主要问题了。

常用的数字信号编码有不归零(NRZ)编码、 曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特(Differential Manchester)编码。

数字信号与模拟信号的转化

模拟信号和数字信号之间可以相互转换:模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号,

即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值,例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级,实用中常采取24位或30位编码;

数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号,

目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号,也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

PCM脉冲编码调制

脉冲编码调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化, 编码的过程。

抽样:

就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

量化:

就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。

编码:

就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D。

ADC

ADC,Analog-to-Digital Converter的缩写,指模/数转换器或者模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能,在各种不同的产品中都可以找到它的身影。

ADC最早用于对无线信号向数字信号转换。如电视信号,长短播电台发接收等。

与之相对应的DAC,Digital-to-Analog Converter,它是ADC模数转换的逆向过程。

现在市场上的电子产品都集成了传感器,传感器要采集数据,他的内部结构里就一定要用到ADC,常见的传感器如下:

温湿度:温度传感器,DHT11

声音:音频芯片进行录音,WM8906

图像:索尼IMX386/IMX283传感器

Exynos4412 A/D转换器

三星的Exynos4412模块结构图如下所示:

Adc控制器集成在exynos4412 soc中,控制器内部有一根中断线连接到中断控制器combiner,然后路由到GIC(Generic Interrupt Controller),滑动变阻器连接到adc控制器的通道3。

ADC控制器

参考《Exynos 4412 SCP》 的datasheet。ADC控制器是10位或12位CMOS再循环式模拟数字转换器,它具有10个通道输入,并可将模拟量转换至10位或12位二进制数。5Mhz A/D 转换时钟,最大1Msps的转换速度。A/D转换具备片上采样保持功能,同时也支持待机工作模式。

ADC接口包括如下特性。

10bit/12bit输出位可选。微分误差  1.0LSB。

积分误差  2.0LSB。

最大转换速率5Msps.

功耗少,电压输入1.8V。

电压输入范围 0~1.8V。

支持偏上样本保持功能。

通用转换模式。

模块图

4412 A/D转换器的控制器接口框图如下:

原理我们并不需要关注,知道即可。

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