AUTOSAR ADC驅動詳解

目錄

1. ADC驅動模塊概述
   1. 關鍵概念定義
2. ADC驅動架構
   1. ADC驅動在AUTOSAR分層架構中的位置
   2. ADC驅動的主要職責
3. ADC驅動配置結構
   1. 通用配置(AdcGeneral)
   2. 硬件單元配置(AdcHwUnit)
   3. 通道配置(AdcChannel)
   4. 通道組配置(AdcChannelGroup)
   5. 通道組映射(AdcChannelGroupMapping)
   6. 電源狀態配置(AdcPowerStateConfig)
4. ADC通道組狀態機
   1. ADC通道組狀態
   2. 狀態轉換
5. ADC驅動交互流程
   1. 初始化階段
   2. 配置通知階段
   3. 軟件觸發轉換階段
   4. 轉換與中斷處理
   5. 讀取結果階段
   6. 高優先級中斷處理
   7. 停止轉換階段
   8. 電源管理階段
6. 總結

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1. ADC驅動模塊概述

AUTOSAR ADC驅動模塊是微控制器抽象層(MCAL)的一部分，負責初始化和控制微控制器內部的模數轉換器單元。ADC驅動提供了啟動和停止轉換的服務，并支持啟用/禁用轉換觸發源，同時提供了通知機制和查詢轉換狀態及結果的功能。

ADC驅動模塊工作在所謂的ADC通道上，一個ADC通道將一個模擬輸入引腳、必要的ADC電路和轉換結果寄存器組合成一個可通過ADC驅動單獨控制和訪問的實體。

1.1 關鍵概念定義

• ADC硬件單元：表示包含執行"模數轉換"所需所有部件的微控制器輸入電子設備。
• ADC通道：表示綁定到一個端口引腳的邏輯ADC實體。多個ADC實體可以映射到同一個端口引腳。
• ADC通道組：鏈接到同一ADC硬件單元的ADC通道組（例如一個采樣保持和一個A/D轉換器）。整個組的轉換由一個觸發源觸發。
• ADC結果緩沖區：ADC驅動的用戶必須為每個組提供一個緩沖區。如果選擇了流式訪問模式，此緩沖區可以容納同一通道組的多個樣本。如果選擇了單次訪問模式，緩沖區中保存每個組通道的一個樣本。
• 轉換模式：
  • 單次模式：在觸發后執行一次ADC通道組的轉換，結果寫入指定的緩沖區。觸發可以是軟件API調用或硬件事件。
  • 連續模式：在軟件API調用（啟動）后連續執行ADC通道組的轉換。轉換本身自動運行（由硬件/中斷控制）。可以通過軟件API調用（停止）停止連續轉換。
• 觸發源：啟動單次轉換或連續轉換系列的源事件。
• 采樣時間：模擬值被采樣的時間（例如電容充電）。
• 轉換時間：采樣的模擬值轉換為數字表示的時間。
• 獲取時間：采樣時間+轉換時間。

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2. ADC驅動架構

ADC驅動在AUTOSAR分層架構中位于微控制器抽象層(MCAL)，它向上提供服務給ECU抽象層，向下控制微控制器的ADC硬件單元。

2.1 ADC驅動在AUTOSAR分層架構中的位置

1. 應用層 - 包含應用軟件組件(SWC)，它們通過RTE層請求ADC相關功能。

   • 應用組件可能需要獲取模擬傳感器數據，如溫度、壓力、位置等。

2. RTE層 - 運行時環境層，為應用層和基礎軟件層之間提供標準化接口。

   • 通過RTE API，應用無需關心底層細節即可訪問ADC功能。

3. BSW層/ECU抽象層 - 包含I/O硬件抽象(IoHwAbs)，提供與硬件無關的接口。

   • IoHwAbs將模擬輸入和ADC通道的映射關系抽象化。
   • 向上提供符合AUTOSAR標準的API，向下調用MCAL層的ADC驅動。

4. BSW層/MCAL層 - 包含ADC驅動本身，以及相關的MCU驅動和端口驅動。

   • ADC驅動實現針對特定微控制器的ADC初始化和控制。
   • 與MCU驅動和端口驅動協作，共同管理ADC硬件資源。

5. 硬件層 - 包含ADC硬件單元和微控制器物理資源。

   • ADC驅動通過MCAL層的抽象機制控制這些硬件資源。

2.2 ADC驅動的主要職責

1. 初始化和控制ADC硬件單元
2. 提供ADC通道分組功能
3. 支持不同的轉換模式(單次/連續)
4. 支持不同的觸發源(軟件/硬件)
5. 提供結果訪問和通知機制
6. 支持電源狀態管理

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3. ADC驅動配置結構

ADC驅動的配置結構定義了如何設置和使用ADC硬件資源。配置包括通用設置、硬件單元設置、通道設置、通道組設置以及電源管理設置。

3.1 通用配置(AdcGeneral)

通用配置定義了ADC驅動整體的行為和可用功能：

1. AdcDeInitApi - 是否支持反初始化API
2. AdcDevErrorDetect - 是否支持開發錯誤檢測
3. AdcEnableStartStopGroupApi - 是否支持啟動/停止通道組轉換API
4. AdcGroupNotificationSupport - 是否支持通道組通知
5. AdcHwTriggerSupport - 是否支持硬件觸發
6. AdcPrioritySupport - 是否支持通道組優先級機制
7. AdcReadGroupApi - 是否支持讀取通道組API
8. AdcVersionInfoApi - 是否支持版本信息API

這些配置項直接對應SRS_Adc_12307中描述的基本靜態配置。

3.2 硬件單元配置(AdcHwUnit)

硬件單元配置定義了每個ADC硬件單元的基本參數：

1. AdcHwUnitId - ADC硬件單元的唯一標識符
2. AdcClockSource - ADC時鐘源選擇
3. AdcPrescale - ADC時鐘預分頻設置
4. AdcReferenceVoltage - ADC參考電壓源
5. AdcResolution - ADC分辨率(8位、10位、12位等)
6. AdcResultAlignment - 結果對齊方式(左對齊或右對齊)

根據SRS_Adc_12824，結果對齊方式可配置為左對齊或右對齊。

3.3 通道配置(AdcChannel)

通道配置定義了每個ADC通道的特性：

1. AdcChannelId - 通道標識符
2. AdcChannelName - 通道符號名稱
3. AdcChannelResolution - 通道分辨率
4. AdcChannelSamplingTime - 通道采樣時間
5. AdcChannelConversionTime - 通道轉換時間

這些配置項直接對應SRS_Adc_12307中描述的每個通道的基本靜態配置。

3.4 通道組配置(AdcChannelGroup)

通道組配置定義了ADC通道組的行為：

1. AdcGroupId - 通道組標識符
2. AdcGroupName - 通道組符號名稱
3. AdcGroupAccessMode - 訪問模式(單次/流式)
4. AdcGroupConversionMode - 轉換模式(單次/連續)
5. AdcGroupPriority - 通道組優先級
6. AdcGroupTriggSrc - 觸發源(軟件/硬件)
7. AdcNotification - 通知回調函數指針
8. AdcStreamingBufferMode - 流式緩沖區模式(線性/循環)
9. AdcStreamingNumSamples - 流式采樣數量

根據SRS_Adc_12447，ADC驅動允許將屬于同一ADC硬件單元的ADC通道分組到所謂的ADC通道組中。

根據SRS_Adc_12817，ADC驅動允許為每個ADC通道組靜態配置一個觸發源。

根據SRS_Adc_12820，ADC驅動允許為每個通道組配置優先級級別，以便高優先級組可以中斷正在進行的低優先級轉換。

3.5 通道組映射(AdcChannelGroupMapping)

通道組映射配置定義了通道組中包含的通道：

1. AdcChannelIndex - 通道在組中的索引

這實現了SRS_Adc_12818中描述的功能，允許將一個ADC通道分配給多個ADC通道組。

3.6 電源狀態配置(AdcPowerStateConfig)

電源狀態配置定義了ADC的電源管理行為：

1. AdcPowerStateAsyncTransitionMode - 是否支持異步電源狀態轉換
2. AdcPowerState - 電源狀態(全功率/低功率/關閉)

這些配置項實現了SRS_ADC_12826、SRS_ADC_12827、SRS_ADC_12828和SRS_ADC_12829中描述的電源狀態管理功能。

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4. ADC通道組狀態機

ADC通道組狀態機描述了ADC通道組在操作過程中可能的狀態和狀態轉換。

4.1 ADC通道組狀態

根據SRS_Adc_12291，ADC通道組有以下五種狀態：

1. 未初始化(UNINIT) - ADC驅動未初始化狀態，在驅動初始化前的狀態。

2. 空閑(IDLE) - ADC通道組空閑狀態，可以啟動新轉換或配置通道組。

   • 在初始化后進入此狀態
   • 在轉換停止后回到此狀態
   • 此狀態下可以啟動新的轉換

3. 忙(BUSY) - ADC通道組忙狀態，表示轉換正在進行中。

   • 啟動轉換后進入此狀態
   • 可能被高優先級組中斷
   • 轉換完成后離開此狀態

4. 已完成(COMPLETED) - 單次轉換已完成狀態，結果可以讀取。

   • 單次轉換完成后進入此狀態
   • 此狀態下可以讀取最新的轉換結果
   • 可以從此狀態啟動新的轉換

5. 流式已完成(STREAM COMPLETED) - 流式轉換已完成狀態，所有樣本都已存儲在緩沖區中。

   • 流式轉換完成后進入此狀態
   • 此狀態下可以訪問采集的所有樣本
   • 可以從此狀態啟動新的轉換

4.2 狀態轉換

狀態轉換描述了ADC通道組如何從一個狀態變化到另一個狀態：

1. 初始化 - 從UNINIT到IDLE：通過Adc_Init()函數完成初始化后發生。

2. 啟動轉換 - 從IDLE到BUSY：通過Adc_StartGroupConversion()函數啟動轉換后發生。

3. 單次轉換完成 - 從BUSY到COMPLETED：單次轉換模式下，轉換完成后發生。

4. 流式轉換完成 - 從BUSY到STREAM COMPLETED：流式轉換模式下，所有樣本轉換完成后發生。

5. 啟動新轉換 - 從COMPLETED或STREAM COMPLETED到BUSY：通過Adc_StartGroupConversion()函數啟動新轉換后發生。

6. 停止轉換 - 從BUSY、COMPLETED或STREAM COMPLETED到IDLE：通過Adc_StopGroupConversion()函數停止轉換后發生。

7. 反初始化 - 從IDLE到UNINIT：通過Adc_DeInit()函數反初始化后發生。

8. 高優先級中斷 - 從BUSY到BUSY：當啟用優先級支持時，高優先級組可以中斷正在進行的低優先級轉換。

這些狀態和轉換實現了SRS_Adc_12291中描述的ADC通道組狀態查詢功能。

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5. ADC驅動交互流程

ADC驅動交互流程展示了在ADC轉換過程中各個組件之間的交互序列。

5.1 初始化階段

初始化階段建立ADC驅動的基本配置：

1. 應用調用Adc_Init(ConfigPtr)初始化ADC驅動
2. ADC驅動配置ADC硬件，包括：
   • 配置ADC時鐘
   • 設置ADC分辨率
   • 配置參考電壓
   • 設置結果對齊方式

這實現了SRS_Adc_12307中描述的基本靜態配置功能。

5.2 配置通知階段

配置通知階段設置通道組的通知機制：

1. 應用調用Adc_EnableGroupNotification(Group)為指定通道組啟用通知
2. ADC驅動更新內部狀態，使該通道組在轉換完成時能夠觸發通知

這實現了SRS_Adc_12318中描述的啟用和禁用通知功能。

5.3 軟件觸發轉換階段

軟件觸發轉換階段展示了如何通過軟件API啟動ADC轉換：

1. 應用通過IoHwAbs層調用IoHwAbs_AdcReadGroup()
2. IoHwAbs層調用ADC驅動的Adc_StartGroupConversion(Group)
3. ADC驅動啟動ADC硬件進行轉換

這實現了SRS_Adc_12364中描述的啟動和停止通道組轉換功能。

5.4 轉換與中斷處理

轉換與中斷處理階段展示了ADC轉換完成后的處理流程：

1. ADC硬件完成轉換，觸發轉換完成中斷
2. ADC驅動處理結果：
   • 讀取ADC結果寄存器
   • 應用結果對齊和掩碼(SRS_Adc_12283)
   • 存儲到結果緩沖區
   • 更新通道組狀態
3. ADC驅動檢查通知狀態：
   • 如果通知已啟用，調用轉換完成通知回調函數
   • 如果通知已禁用，僅存儲結果

這實現了SRS_Adc_12283中描述的掩碼信息位功能和SRS_Adc_12317中描述的通知功能。

5.5 讀取結果階段

讀取結果階段展示了如何獲取ADC轉換結果：

1. 應用通過IoHwAbs層調用IoHwAbs_AdcReadChannel()
2. IoHwAbs層調用ADC驅動的Adc_ReadGroup(Group, DataBufferPtr)
3. ADC驅動檢查通道組狀態
4. ADC驅動獲取最近的轉換結果，并返回給上層

這實現了SRS_Adc_12819中描述的讀取最新有效轉換結果功能。

5.6 高優先級中斷處理

高優先級中斷處理階段展示了優先級機制的工作方式：

1. 應用調用Adc_StartGroupConversion(HighPriorityGroup)啟動高優先級通道組
2. ADC驅動檢查當前轉換狀態：
   • 如果低優先級轉換正在進行，中止當前轉換并啟動高優先級轉換
   • 如果沒有正在進行的轉換，直接啟動高優先級轉換

這實現了SRS_Adc_12820中描述的通道組優先級功能。

5.7 停止轉換階段

停止轉換階段展示了如何停止正在進行的轉換：

1. 應用調用Adc_StopGroupConversion(Group)
2. ADC驅動停止ADC硬件轉換
3. ADC驅動更新通道組狀態為IDLE

這實現了SRS_Adc_12364中描述的停止通道組轉換功能。

5.8 電源管理階段

電源管理階段展示了ADC驅動的電源狀態管理：

1. 應用調用Adc_SetPowerState(PowerState)設置ADC電源狀態
2. ADC驅動配置ADC硬件進入指定的電源狀態
3. 應用調用Adc_GetCurrentPowerState(PowerStatePtr)獲取當前電源狀態
4. ADC驅動返回ADC硬件的當前電源狀態

這實現了SRS_ADC_12826、SRS_ADC_12827、SRS_ADC_12828和SRS_ADC_12829中描述的電源狀態管理功能。

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6. 總結

AUTOSAR ADC驅動是微控制器抽象層的關鍵組件，它提供了對微控制器ADC硬件的標準化訪問。通過配置結構、狀態機和交互流程的設計，ADC驅動實現了以下功能：

1. 靈活配置 - 支持多種轉換模式、觸發源和結果訪問方式，滿足不同應用場景的需求。
2. 狀態管理 - 通過明確的狀態機設計，確保ADC轉換過程的可控性和可預測性。
3. 優先級處理 - 通過優先級機制，支持高優先級通道組中斷低優先級轉換，滿足關鍵應用的實時性要求。
4. 電源管理 - 通過電源狀態管理，支持不同的功耗模式，優化系統能耗。
5. 標準接口 - 提供符合AUTOSAR標準的API，實現軟件的可移植性和可重用性。

通過以上設計，ADC驅動能夠高效、可靠地管理ADC硬件資源，為上層應用提供穩定、一致的服務。