DAC

概述

功能简介

DAC（Digital to Analog Converter）是一种通过电流、电压或电荷的形式将数字信号转换为模拟信号的设备。

基本概念

DAC模块支持数模转换的开发。它主要用于：

作为过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。
在利用反馈技术的魔术转换器设计中，作为重要的功能模块呈现。

分辨率

分辨率指的是D/A转换器能够转换的二进制位数，位数越多分辨率越高。
转换精度

精度是指输入端加有最大数值时，DAC的实际输出值和理论计算值之差，DAC转换器的转换精度与DAC转换器的集成芯片结构和接口电路配置有关。理想情况下，DAC的转换精度越小越好，因此为了获得更高精度的DAC转换结果，首先要保证选择的DAC转换器具备足够高的分辨率。其次，要保证接口电路的器件或电源误差最小或者不存在误差，否则会造成DAC转换的误差，当这些误差超过一定程度时，会导致DAC转换错误。
转换速度

转换速度一般由建立时间决定。从输入由全0突变为全1时开始，到输出电压稳定在FSR±½LSB范围（或以FSR±x%FSR指明范围）内为止，这段时间称为建立时间，它是DAC的最大响应时间，所以用它衡量转换速度的快慢。

满量程范围FSR（ Full Scale Range ），是指DAC输出信号幅度的最大范围，不同的DAC有不同的满量程范围，该范围可以用正、负电流或者正、负电压来限制。

最低有效位LSB（Least Significant Byte），指的是一个二进制数字中的第0位（即最低位）。

运作机制

在HDF框架中，同类型设备对象较多时（可能同时存在十几个同类型配置器），若采用独立服务模式则需要配置更多的设备节点，且相关服务会占据更多的内存资源。相反，采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器，统一处理所有同类型对象的外部访问（这会在配置文件中有所体现）,实现便捷管理和节约资源的目的。DAC模块接口适配模式采用统一服务模式（如图1所示）。

DAC模块各分层的作用为：接口层提供打开设备，写入数据，关闭设备接口的能力。核心层主要提供绑定设备、初始化设备以及释放设备的能力。适配层实现其他具体的功能。

说明：核心层可以调用接口层的函数，也可以通过钩子函数调用适配层函数，从而使得适配层间接的可以调用接口层函数，但是不可逆转接口层调用适配层函数。

图 1 统一服务模式

约束与限制

DAC模块当前仅支持轻量和小型系统内核（LiteOS）。

开发指导

场景介绍

DAC模块主要在设备中数模转换，音频输出，电机控制等设备使用，设置将DAC模块传入的数字信号转换为输出模拟信号时需要用到DAC数模转换驱动。

接口说明

通过以下DacMethod中的函数调用DAC驱动对应的函数。

DacMethod定义：

struct DacMethod {
    //写入数据的钩子函数
    int32_t (*write)(struct DacDevice *device, uint32_t channel, uint32_t val);
    //启动DAC设备的钩子函数
    int32_t (*start)(struct DacDevice *device);
    //停止DAC设备的钩子函数
    int32_t (*stop)(struct DacDevice *device);
};

1
2
3
4
5
6
7
8

表 1 DacMethod结构体成员的回调函数功能说明

函数成员	入参	出参	返回值	功能
write	device：结构体指针，核心层DAC控制器； channel：uint32_t，传入的通道号； val：uint32_t，要传入的数据；	无	HDF_STATUS相关状态	写入DA的目标值
start	device：结构体指针，核心层DAC控制器；	无	HDF_STATUS相关状态	开启DAC设备
stop	device：结构体指针，核心层DAC控制器；	无	HDF_STATUS相关状态	关闭DAC设备

开发步骤

DAC模块适配包含以下四个步骤：

实例化驱动入口。
配置属性文件。
实例化核心层接口函数。
驱动调试。

实例化驱动入口：

驱动开发首先需要实例化驱动入口，驱动入口必须为HdfDriverEntry（在 hdf_device_desc.h 中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。 HDF框架会汇总所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象入口，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。

一般在加载驱动时HDF会先调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。
```
static struct HdfDriverEntry g_dacDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .Init = VirtualDacInit,
    .Release = VirtualDacRelease,
    .moduleName = "virtual_dac_driver", //【必要且与 HCS 里面的名字匹配】
    };
    HDF_INIT(g_dacDriverEntry); //调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
```
1
2
3
4
5
6
7

配置属性文件：

在vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

器件属性值对于厂商驱动的实现以及核心层DacDevice相关成员的默认值或限制范围有密切关系，比如设备通道的个数以及传输速率的最大值，会影响DacDevice相关成员的默认值。

由于采用了统一服务模式，device_info.hcs文件中第一个设备节点必须为DAC管理器，其各项参数必须如下设置：

成员名	值
policy	具体配置为0，不发布服务
priority	驱动启动优先级（0-200），值越大优先级越低,，优先级相同则不保证device的加载顺序。
permission	驱动权限
moduleName	固定为HDF_PLATFORM_DAC_MANAGER
serviceName	固定为HDF_PLATFORM_DAC_MANAGER
deviceMatchAttr	没有使用，可忽略

从第二个节点开始配置具体DAC控制器信息，此节点并不表示某一路DAC控制器，而是代表一个资源性质设备，用于描述一类DAC控制器的信息。本例只有一个DAC设备，如有多个设备，则需要在device_info文件增加deviceNode信息，以及在dac_config文件中增加对应的器件属性。

device_info.hcs 配置参考。

root {
    device_dac :: device {
        //device0是DAC管理器
        device0 :: deviceNode {
            policy = 0;
            priority = 52;
            permission = 0644;
            serviceName = "HDF_PLATFORM_DAC_MANAGER";
            moduleName = "HDF_PLATFORM_DAC_MANAGER";
        }
    }
    //dac_virtual是DAC控制器
    dac_virtual :: deviceNode {
        policy = 0;
        priority = 56;
        permission = 0644;
        moduleName = "virtual_dac_driver";        //【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致
        serviceName = "VIRTUAL_DAC_DRIVER";       //【必要】驱动对外发布服务的名称，必须唯一
        deviceMatchAttr = "virtual_dac";          //【必要】用于配置控制器私有数据，要与dac_config.hcs中对应控制器保持一致
        }                                          
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

添加dac_test_config.hcs器件属性文件在vendor/vendor_hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/hdf_test/xxx_test_config.hcs目录下新增文件用于驱动配置参数，（例如：vendor/vendor_hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/hdf_test/dac_test_config.hcs）其中配置参数如下

root {
    platform {
    dac_config {
            match_attr = "virtual_dac"; //【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致    
            template dac_device {
                deviceNum = 0; //设备号     
                validChannel = 0x1; //有效通道1
                rate = 20000; //速率
            }
            device_0 :: dac_device {
                deviceNum = 0; //设备号
                validChannel = 0x2; //有效通道2
            }
        }
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

实例化核心层接口函数：

初始化DacDevice成员。

在VirtualDacParseAndInit函数中对DacDevice成员进行初始化操作。

//虚拟驱动自定义结构体
struct VirtualDacDevice {
//DAC设备结构体
    struct DacDevice device;
    //DAC设备号
    uint32_t deviceNum;
    //有效通道
    uint32_t validChannel;
    //DAC速率
    uint32_t rate;
};
//解析并且初始化核心层DacDevice对象
static int32_t VirtualDacParseAndInit(struct HdfDeviceObject *device, const struct DeviceResourceNode *node)
{
    //定义返回值
    int32_t ret;
    //DAC设备虚拟指针
    struct VirtualDacDevice *virtual = NULL;
    (void)device;
    //给virtual指针开辟空间
    virtual = (struct VirtualDacDevice *)OsalMemCalloc(sizeof(*virtual));
if (virtual == NULL) {
    //为空则返回错误参数
    HDF_LOGE("%s: Malloc virtual fail!", __func__);
    return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
}
//读取属性文件配置参数
ret = VirtualDacReadDrs(virtual, node);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
    //读取失败
    HDF_LOGE("%s: Read drs fail! ret:%d", __func__, ret);
    //释放virtual空间
    OsalMemFree(virtual);
    //指针置为0
    virtual = NULL;
    return ret;
}
//初始化虚拟指针
VirtualDacDeviceInit(virtual);
//对DacDevice中priv对象初始化
virtual->device.priv = (void *)node;
//对DacDevice中devNum对象初始化
virtual->device.devNum = virtual->deviceNum;
//对DacDevice中ops对象初始化
virtual->device.ops = &g_method;
//添加DAC设备
ret = DacDeviceAdd(&virtual->device);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
    //添加设备失败
    HDF_LOGE("%s: add Dac controller failed! ret = %d", __func__, ret);
    //释放virtual空间
    OsalMemFree(virtual);
    //虚拟指针置空
    virtual = NULL;
    return ret;
}

return HDF_SUCCESS;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59

自定义结构体参考。

通过自定义结构体定义DAC数模转换必要的参数，在定义结构体时需要根据设备的功能参数来实现自定义结构体，从驱动的角度看，自定义结构体是参数和数据的载体，dac_config.hcs文件中传递的参数和数据会被HDF驱动模块的DacTestReadConfig函数读入，通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员，其中一些重要数值也会传递给核心层DacDevice对象，例如设备号、总线号等。

struct VirtualDacDevice {
    struct DacDevice device; //【必要】是核心层控制对象，具体描述见下面
    uint32_t deviceNum;      //【必要】设备号
    uint32_t validChannel;   //【必要】有效通道
    uint32_t rate;           //【必要】采样率
};

//DacDevice是核心层控制器结构体，其中的成员在Init函数中会被赋值
struct DacDevice {
    const struct DacMethod *ops;
    OsalSpinlock spin; //自旋锁
    uint32_t devNum; //设备号
    uint32_t chanNum; //设备通道号
    const struct DacLockMethod *lockOps;
    void *priv;
};

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

实例化DacDevice成员DacMethod。

VirtualDacWrite、VirtualDacStop、VirtualDacStart函数会在dac_virtual.c文件中进行模块功能的实例化。
```
static const struct DacMethod g_method = {
    .write = VirtualDacWrite, //DAC设备写入值
    .stop = VirtualDacStop, //停止DAC设备
    .start = VirtualDacStart, //开始启动DAC设备
};
```
1
2
3
4
5
说明： DacDevice成员DacMethod的定义和成员说明见接口说明。

Init函数参考

入参：

HdfDeviceObject这个是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。

返回值：

HDF_STATUS相关状态（下表为部分展示，如需使用其他状态，可见//drivers/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS 定义）。

状态(值)	问题描述
HDF_ERR_INVALID_OBJECT	控制器对象非法
HDF_ERR_INVALID_PARAM	参数非法
HDF_ERR_MALLOC_FAIL	内存分配失败
HDF_ERR_IO	I/O 错误
HDF_SUCCESS	传输成功
HDF_FAILURE	传输失败

函数说明：

初始化自定义结构体对象，初始化DacDevice成员，并调用核心层DacDeviceAdd函数。

static int32_t VirtualDacParseAndInit(struct HdfDeviceObject *device, const struct DeviceResourceNode *node)
{
    // 定义返回值参数
    int32_t ret;
    // DAC设备的结构体指针
    struct VirtualDacDevice *virtual = NULL;
    (void)device;
    // 分配指定大小的内存
    virtual = (struct VirtualDacDevice *)OsalMemCalloc(sizeof(*virtual));
    if (virtual == NULL) {
        // 分配内存失败
        HDF_LOGE("%s: Malloc virtual fail!", __func__);
        return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
    }
    // 读取hcs中的node节点参数
    ret = VirtualDacReadDrs(virtual, node);
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        // 读取节点失败 
        HDF_LOGE("%s: Read drs fail! ret:%d", __func__, ret);
        goto __ERR__;
    }
    // 初始化DAC设备指针
    VirtualDacDeviceInit(virtual);
    // 节点数据传入私有数据
    virtual->device.priv = (void *)node;
    // 传入设备号
    virtual->device.devNum = virtual->deviceNum;
    // 传入方法
    virtual->device.ops = &g_method;
    // 添加DAC设备
    ret = DacDeviceAdd(&virtual->device);
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        // 添加DAC设备失败
        HDF_LOGE("%s: add Dac controller failed! ret = %d", __func__, ret);
        goto __ERR__;
    }
    // 成功添加DAC设备
    return HDF_SUCCESS;
__ERR__:
    // 如果指针为空
    if (virtual != NULL) {
        // 释放内存
        OsalMemFree(virtual);
        // 指针置空
        virtual = NULL;
    }

    return ret;
}

static int32_t VirtualDacInit(struct HdfDeviceObject *device)
{
    // 定义返回值参数
    int32_t ret;
    // 设备结构体子节点
    const struct DeviceResourceNode *childNode = NULL;
    // 入参指针进行判断
    if (device == NULL || device->property == NULL) {
        // 入参指针为空
        HDF_LOGE("%s: device or property is NULL", __func__);
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
    }
    // 入参指针不为空
    ret = HDF_SUCCESS;
    DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(device->property, childNode) {
        // 解析子节点
        ret = VirtualDacParseAndInit(device, childNode);
        if (ret != HDF_SUCCESS) {
            // 解析失败
            break;
        }
    }
    // 解析成功
    return ret;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75

Release 函数参考

入参：

HdfDeviceObject是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。