“俘获”芯片记

发表于： 2020年10月20日 2020年10月20日
分类：是说芯语

笔者在用ADI一款SPI接口的ADC（模数转换）芯片，该芯片内置高精度基准源，也可以配置为外部基准，三通道采样，可配置1-128倍增益。通过配置相关寄存器便可以在通道和增益之间随意切换，官方提供了驱动程序源码，修改通信驱动（Communication Driver）部分后可以移植到任何处理器。

开发者需要根据所选择的Microcontroller(微控制器)修改Communication Driver（通讯驱动）程序即可，具体来说就是实现SPI_Init（SPI接口初始化）、SPI_Write（SPI发送数据）和SPI_Read（SPI接收数据）即可，ADI Driver部分理论上不用修改，ADI Part部分的核心就是SPI接口的ADC芯片。笔者将之前验证过的SPI接口的读写程序放到Communication Driver的三个驱动函数，编写上Demo 测试函数，分成以下几步，逐步测试驱动程序中的接口函数：第一步能识别芯片ID，验证通信接口驱动Communication Driver；第二步设置通道采集数据，验证SetChannel接口函数，第三步设置增益采集数据，验证SetGain，最后一步任意切换通道和增益采集数据，将芯片彻底“俘获”。第一步实现至关重要，一旦识别成功，就说明SPI底层程序没有问题，就算成功了一半，甚至后面的试验都能水到渠成。想想，还有点小激动呢。

上电，下载，运行一气呵成，坐等握手成功识别芯片ID的好消息，竟然没有回复，一定是我打开的方式不对，重新上电，依旧没有收到识别成功的消息。好吧，不要骗自己了，驱动程序拿来就用，而且是不加修改跟中彩票的几率一样，就是真中奖，还要仔细阅读源码，是否有Bug，生怕是个陷阱。几番折腾遍后，笔者确认是ADI Driver部分出了问题。阅读官方提供的驱动程序，ADI Driver可读性很高，层层封装。底层通信驱动由所选的微处理器提供，进一步封装成设置和读写芯片寄存器的功能函数，要控制芯片还需要读写寄存器相互配合，进一步地封装读写寄存器的功能函数，完成应用级别的封装，实现对芯片真正地控制，芯片的使用就变成了函数的调用，这是驱动程序要达成的最终目标。

但现实往往是骨感的，仔细阅读官方驱动的同时一一对应芯片的数据手册，索性将整个官方应用驱动的工程文件下载下来研读。发现SPI读写程序的第一个字节是芯片的片选信号控制位；所以SPI读写数据的第一个字节不能发送，而要根据其值转变成片选信号来控制芯片是否选中，这个很容易实现，第一个字节判断一下即可，分分钟解决这个问题。上电，下载，运行等待握手成功的消息，果然识别了芯片ID，握手成功！

慢着，为什么只是握手成功，芯片采集数据读不上来，难道是总线失去了同步？失去同步官网的解决方案是复位芯片的通信接口，那就握手成功后加入复位芯片通信接口的操作，依旧只能收到握手成功的消息，看来没有想地那么顺利。继续研究官网的驱动程序，底层驱动之上，封装的是寄存器读写操作，八成问题出在这里，这是后知后觉，最初发现问题可是Debug到怀疑世界的才最终定位到寄存器读写出了问题，短短几行代码，浅显易懂。先读取寄存器的值，控制命令通过宏定义转换为控制代码，将控制代码写入读到的寄存器的指定位置，把芯片的片选信号，修改过控制代码的寄存器值依次写入缓冲区，调用底层SPI_Write将缓冲区数据发送即可。问题出在哪儿，且慢，为什么写入缓冲区的数据是从最后一个字节开始呢，将数据顺序颠倒了。是不是问题出在了这里，那么是不是读数据的时候顺序就是颠倒的，然后在这里颠倒回去，负负得正。需要返回去查看读寄存器的封装，然而这里并没有颠倒，问题来了，为什么呢？显然这个驱动程序在官方评估板上是没问题的。就是不同平台原因导致的。在评估板上，如果能，不，是肯定能运行，这个字节存储是高字节在前，这是，是典型的小端模式。这样解释了为什么来个字节倒置。问题找到了，改掉而后快。

继续重复，上电、下载、运行但愿能一气呵成吧。握手成功，数据读取成功，读取的数据随着外部电压信号而变化，每个通道都是这样，短路输出几乎为零，符合预期但是测量范围太小了，显然是最大增益，就是说修改增益没有成功，依然是默认的增益。至此驱动程序没有问题了，那就是调用时出现了问题，参考官方例程一一对比芯片初始化的步骤，缺少了一项设置参考电压，因为寄存器默认就是内部参考电压，所以就没有另外设置，但这是唯一的区别了，福尔摩斯说过，当你排除了所有可能的情况后,剩余的那种情况尽管显得多么不可能，那就是真相。加上一行代码，上电，下载，运行，握手成功，通道和增益都设置生效了，测量范围也变宽了。看来确是缺少设置参考电压导致的。芯片已经摸索得差不多了，可以展开进一步应用了。

不急，官网驱动虽然可读性较高，但是过多的调用和封装占用内存资源过多何不进行整合将SPI驱动调整至设置寄存器中，减少不必要的调用，删去没有必要的接口函数。仅修改驱动程序情况下，数据空间和代码空间都有不同程度地减小，小中见大，如果调用次数增加，或者程序更加复杂，那么节省的资源将更多，至此芯片探索告一段落。

虽然是由程序Bug导致的但是没有找到就是开发者的问题了。驱动程序无疑是离硬件最近的软件，其优劣直接影响硬件性能地发挥，驱动被封装和调度，归操作系统管理，操作系统之上再运行各种应用软件。软件工程师无论是使用何种编程语言，都是在调用操作系统的各种接口，最终是跑在硬件之上。但是软件越庞大，软件开发者离硬件越远，分工也越明确。高质量的软件绝不是单纯的算法，都有不同程度针对于硬件的优化。如老牌的PDF文件阅读器Adobe Reader文件打开速度总是快于其他软件；PhotoShop有针对显卡的硬件加速；WPS对于大文件编辑能力不及Microsoft Word；基于Chromium内核的浏览器总是快于其他内核的；华为的GPU Turbo技术；Google设计Nexus One就是为了了解手机的设计和制造流程，以便优化Android系统；更不用说苹果手机就是从硬件做到了软件的封闭生态，将硬件的性能发挥到极致。软件的优化一定程度上是面向硬件编程，处理器速度提升遇到瓶颈和摩尔定律接近失效，拉近软硬件的距离，最大效率发挥硬件的性能，成为提升用户体验和降低成本的不错途径。