基于Sensor API如何添加增量型旋转编码器的驱动

描述

增量型旋转编码器作为输入器件广泛用于各种设备,例如汽车音响的音量调节,收音机频率调节,示波器上的旋钮。但遗憾的是在Zephyr中并没有增量型旋转编码器的驱动,本文将基于现有的Sensor API, 说明如何添加增量型旋转编码器的驱动,本文不对驱动操作硬件的实现细节进行说明。

增量型旋转编码器硬件要点

本文使用的是KY-040旋转编码器,详细信息见文末参考

button引脚是一个对地的开关,按压时接地

旋转时A/B输出有相差的正交脉冲。

旋转一圈产生固定数量的脉冲

旋转时一个脉冲内旋转轴可以有多个停留位置,例如1,2,4.

驱动

驱动API选择

比较好的做法是为旋转编码器抽象新的驱动API,但新的API要进入Zephyr的主分支过程是非常漫长的,同时旋转编码器抽象API需要涵盖众多类型。因此我选用了现有的Senser API来对增量类型旋转编码器的API。

增量类型旋转编码器的按压就是一个简单的button,用gpio就可以处理,因此旋转编码器的驱动就只处理旋转。编码器的旋转理解为是一个角度的传感器,正反转为转动方向,转动的距离就是角度,这里使用sensor API的SENSOR_CHAN_ROTATION来对其进行操控。

设备树绑定

设备树绑定是对旋转编码器的硬件进行抽象,一个增量式旋转编码器与旋转相关的的硬件特性有如下信息:

输入引脚A/B

旋转一圈产生的脉冲

一个脉冲周期的稳妥数量

创建dts/bindings/sensor/rotary-encoder.yaml内容如下

description: |

Sensor driver for the relative-axis rotary encoder

compatible: “rotary-encoder”

properties:

label:

type: string

required: true

a-gpios:

type: phandle-array

required: true

description: A pin for the encoder

b-gpios:

type: phandle-array

required: true

description: B pin for the encoder

ppr:

type: int

description: Pulse Per Revolution

required: false

spp:

type: int

description: |

Number of steps (stable states) per period

1: Full-period mode (default)

2: Half-period mode

4: Quarter-period mode

required: false

驱动代码

从设备树中获取硬件信息

创建管理数据变量和读取硬件信息

struct encoder_config {

const char *a_label;

const uint8_t a_pin;

const uint8_t a_flags;

const char *b_label;

const uint8_t b_pin;

const uint8_t b_flags;

const uint8_t ppr;

const uint8_t spp;

};

//创建管理数据和配置数据的宏

#define ENCODER_INST(n)

struct encoder_data encoder_data_##n;

const struct encoder_config encoder_cfg_##n = {

.a_label = DT_INST_GPIO_LABEL(n, a_gpios),

.a_pin = DT_INST_GPIO_PIN(n, a_gpios),

.a_flags = DT_INST_GPIO_FLAGS(n, a_gpios),

.b_label = DT_INST_GPIO_LABEL(n, b_gpios),

.b_pin = DT_INST_GPIO_PIN(n, b_gpios),

.b_flags = DT_INST_GPIO_FLAGS(n, b_gpios),

COND_CODE_0(DT_INST_NODE_HAS_PROP(n, ppr), (1), (DT_INST_PROP(n, ppr))),

COND_CODE_0(DT_INST_NODE_HAS_PROP(n, spp), (SPP_FULL), (DT_INST_PROP(n, spp))),

};

//根据设备树对node进行初始化,会从设备树中读取硬件信息放在struct encoder_config变量中

DT_INST_FOREACH_STATUS_OKAY(ENCODER_INST)

驱动初始化

在启动的POST_KERNEL阶段会调用encoder_init对驱动进行初始化

int encoder_init(const struct device *dev)

{

// GPIO的配置

// GPIO中断安装

// 旋转编码器GPIO初始化状态读取

// 驱动初始化状态设置

// 驱动线程创建

// 使能中断

}

//注册驱动

DEVICE_AND_API_INIT(encoder_##n, DT_INST_LABEL(n), encoder_init, &encoder_data_##n, &encoder_cfg_##n,

POST_KERNEL, CONFIG_SENSOR_INIT_PRIORITY, &encoder_driver_api);

驱动流程

旋转编码器依靠脉冲触发GPIO中断,中断通知thread进行处理

static void encoder_a_gpio_callback(const struct device *dev, struct gpio_callback *cb,

uint32_t pins)

{

struct encoder_data *drv_data = CONTAINER_OF(cb, struct encoder_data, a_gpio_cb);

enable_int(drv_data-》dev, false);

drv_data-》intpin = 0b10;

//通知发生中断

k_sem_give(&drv_data-》gpio_sem);

}

static void encoder_b_gpio_callback(const struct device *dev, struct gpio_callback *cb,

uint32_t pins)

{

struct encoder_data *drv_data = CONTAINER_OF(cb, struct encoder_data, b_gpio_cb);

enable_int(drv_data-》dev, false);

drv_data-》intpin = 0b01;

//通知发生中断

k_sem_give(&drv_data-》gpio_sem);

}

static void encoder_thread(void *dev_ptr, void *p2, void *p3)

{

while (1) {

//等待中断通知

k_sem_take(&drv_data-》gpio_sem, K_FOREVER);

//根据A/B GPIO level情况判断正反旋转

//更新旋转数据

//通过trigger handle通过应用层

if (drv_data-》handler) {

drv_data-》handler(dev, drv_data-》trigger);

}

//使能中断

enable_int(dev, true);

}

}

驱动接口实现

sensor的接口有5个, 详细参考旋转编码器只用实现其中的2个既可以。

旋转编码器是主动输出型设备,无需软件触发,因此可以不必实现channel_fetch,只用实现trigger_set用于注册触发时的callback,实现channel_get用于在callback时从driver获取旋转的角度既可以。

12static int encoder_trigger_set(const struct device *dev, const struct sensor_trigger *trig,

sensor_trigger_handler_t handler)

{

struct encoder_data *drv_data = dev-》data;

enable_int(dev, false);

drv_data-》trigger = trig;

drv_data-》handler = handler;

enable_int(dev, true);

return 0;

}

static int encoder_channel_get(const struct device *dev, enum sensor_channel chan,

struct sensor_value *val)

{

struct encoder_data *drv_data = dev-》data;

const struct encoder_config *drv_cfg = dev-》config;

int32_t acc;

if (chan != SENSOR_CHAN_ROTATION) {

return -ENOTSUP;

}

acc = drv_data-》pulses;

val-》val1 = acc * FULL_ANGLE / (drv_cfg-》ppr * drv_cfg-》spp);

val-》val2 = acc * FULL_ANGLE - val-》val1 * (drv_cfg-》ppr * drv_cfg-》spp);

if (val-》val2) {

val-》val2 *= 1000000;

val-》val2 /= (drv_cfg-》ppr * drv_cfg-》spp);

}

return 0;

}

static const struct sensor_driver_api encoder_driver_api = {

.trigger_set = encoder_trigger_set,

.channel_get = encoder_channel_get,

};

驱动使用

添加设备树节点

在板子的dts中添加旋转编码器的设备树节点:

gpio1.22和gpio1.23是旋转编码器连接旋转编码器的A/B引脚。旋转编码器旋转一圈有15个脉冲,每个脉冲下有2个稳定状态。

input_encoder: rotary_encoder {

compatible = “rotary-encoder”;

status = “okay”;

label = “INPUT_ENCODER”;

a-gpios = 《&gpio1 22 (GPIO_ACTIVE_HIGH | GPIO_PULL_UP)》;

b-gpios = 《&gpio1 23 (GPIO_ACTIVE_HIGH | GPIO_PULL_UP)》;

ppr = 《15》;

spp = 《2》;

};

使用代码

void encoder_callback(const struct device *dev,

struct sensor_trigger *trigger)

{

struct sensor_value val;

//旋转编码器旋转发生,从驱动读出旋转过的角度

sensor_channel_get(dev, SENSOR_CHAN_ROTATION, &val);

printk(“current %d.%d

”, val.val1, val.val2);

}

void main(void)

{

struct device *dev;

//获取旋转编码器device

dev = device_get_binding(“INPUT_ENCODER”);

//注册trigger callback,当旋转发生时将调用encoder_callback

sensor_trigger_set(dev, NULL, encoder_callback);

}

以上测试测序编译完后跑起来的效果

current 12.0

current 24.0

current 36.0

current 48.0

current 36.0

current 24.0

current 12.0

current 0.0

current -12.0

current -24.0

current -36.0

current -48.0

参考

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%8B%E8%BD%89%E7%B7%A8%E7%A2%BC%E5%99%A8

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/Documentation/devicetree/bindings/input/rotary-encoder.txt

https://www.epitran.it/ebayDrive/datasheet/25.pdf

编辑:jq

 

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