增量型旋轉編碼器作為輸入器件廣泛用于各種設備，例如汽車音響的音量調節(jié)，收音機頻率調節(jié)，示波器上的旋鈕。但遺憾的是在Zephyr中并沒有增量型旋轉編碼器的驅動，本文將基于現(xiàn)有的Sensor API， 說明如何添加增量型旋轉編碼器的驅動，本文不對驅動操作硬件的實現(xiàn)細節(jié)進行說明。

增量型旋轉編碼器硬件要點

本文使用的是KY-040旋轉編碼器，詳細信息見文末參考

button引腳是一個對地的開關，按壓時接地

旋轉時A/B輸出有相差的正交脈沖。

旋轉一圈產生固定數(shù)量的脈沖

旋轉時一個脈沖內旋轉軸可以有多個停留位置，例如1，2，4.

驅動

驅動API選擇

比較好的做法是為旋轉編碼器抽象新的驅動API，但新的API要進入Zephyr的主分支過程是非常漫長的，同時旋轉編碼器抽象API需要涵蓋眾多類型。因此我選用了現(xiàn)有的Senser API來對增量類型旋轉編碼器的API。

增量類型旋轉編碼器的按壓就是一個簡單的button，用gpio就可以處理，因此旋轉編碼器的驅動就只處理旋轉。編碼器的旋轉理解為是一個角度的傳感器，正反轉為轉動方向，轉動的距離就是角度，這里使用sensor API的SENSOR_CHAN_ROTATION來對其進行操控。

設備樹綁定

設備樹綁定是對旋轉編碼器的硬件進行抽象，一個增量式旋轉編碼器與旋轉相關的的硬件特性有如下信息：

輸入引腳A/B

旋轉一圈產生的脈沖

一個脈沖周期的穩(wěn)妥數(shù)量

創(chuàng)建dts/bindings/sensor/rotary-encoder.yaml內容如下

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

驅動代碼

從設備樹中獲取硬件信息

創(chuàng)建管理數(shù)據變量和讀取硬件信息

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;

};

//創(chuàng)建管理數(shù)據和配置數(shù)據的宏

#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））），

};

//根據設備樹對node進行初始化，會從設備樹中讀取硬件信息放在struct encoder_config變量中

DT_INST_FOREACH_STATUS_OKAY（ENCODER_INST）

驅動初始化

在啟動的POST_KERNEL階段會調用encoder_init對驅動進行初始化

int encoder_init（const struct device *dev）

{

// GPIO的配置

// GPIO中斷安裝

// 旋轉編碼器GPIO初始化狀態(tài)讀取

// 驅動初始化狀態(tài)設置

// 驅動線程創(chuàng)建

// 使能中斷

}

//注冊驅動

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）;

驅動流程

旋轉編碼器依靠脈沖觸發(fā)GPIO中斷，中斷通知thread進行處理

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;

//通知發(fā)生中斷

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;

//通知發(fā)生中斷

k_sem_give（&drv_data-》gpio_sem）;

}

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

{

while （1） {

//等待中斷通知

k_sem_take（&drv_data-》gpio_sem， K_FOREVER）;

//根據A/B GPIO level情況判斷正反旋轉

//更新旋轉數(shù)據

//通過trigger handle通過應用層

if （drv_data-》handler） {

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

}

//使能中斷

enable_int（dev， true）;

}

}

驅動接口實現(xiàn)

sensor的接口有5個， 詳細參考旋轉編碼器只用實現(xiàn)其中的2個既可以。

旋轉編碼器是主動輸出型設備，無需軟件觸發(fā)，因此可以不必實現(xiàn)channel_fetch，只用實現(xiàn)trigger_set用于注冊觸發(fā)時的callback，實現(xiàn)channel_get用于在callback時從driver獲取旋轉的角度既可以。

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，

};

驅動使用

添加設備樹節(jié)點

在板子的dts中添加旋轉編碼器的設備樹節(jié)點：

gpio1.22和gpio1.23是旋轉編碼器連接旋轉編碼器的A/B引腳。旋轉編碼器旋轉一圈有15個脈沖，每個脈沖下有2個穩(wěn)定狀態(tài)。

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》;

};

使用代碼

void encoder_callback（const struct device *dev，

struct sensor_trigger *trigger）

{

struct sensor_value val;

//旋轉編碼器旋轉發(fā)生，從驅動讀出旋轉過的角度

sensor_channel_get（dev， SENSOR_CHAN_ROTATION， &val）;

printk（“current %d.%d

”， val.val1， val.val2）;

}

void main（void）

{

struct device *dev;

//獲取旋轉編碼器device

dev = device_get_binding（“INPUT_ENCODER”）;

//注冊trigger callback，當旋轉發(fā)生時將調用encoder_callback

sensor_trigger_set（dev， NULL， encoder_callback）;

}

以上測試測序編譯完后跑起來的效果

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

參考

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

編輯：jq