龙芯2k0300 - 走马观碑组编码器驱动移植

在《龙芯2k0300 - 走马观碑组第21届智能汽车竞赛软硬件设计》中我们使用了LQ_1024线方向mini编码器。
一、LQ_1024线方向mini编码器

龙邱科技mini系列编码器具有以下特点：
● 分辨率有：A/B相正交输出256线、A/B相正交输出1024线、步进脉冲 + 方向输出512线、......；
●旋转速度高，最高转速可达10000rpm；
● 宽广的工作温度范围：-40℃ ~ +125℃。
● 抗扰性好。本产品采用霍尔检测技术，属于无接触检测，传感器运行不受灰尘或其它杂物影响，很好克服了基于光学检测原理的缺点；
● 体积小巧。直径D：14mm、高H：18mm、轴径：3mm。
如果你对编码器一点都不了解的话可以先参考这篇文章：《STM32F103霍尔编码器测速》。
龙邱科技提供的编码器，有带方向输出引脚和不带方向输出引脚两种，这里我使用的是正交A/B相1024线方向mini编码器，也就是说我使用的这个编码器除了有A/B输出引脚外，还有单独的方向输出引脚，这样我们就不用通过A/B相信号变化的先后顺序来判断运动方向。

1.1 工作原理

编码器的线数，是说编码器转一圈输出多少个脉冲，如果一个编码器是1024线，说明这个编码器转一圈对应的信号线会输出1024个脉冲，A/B两相转一圈发出的脉冲数一样的，不过存在90°相位差。
由于我使用的编码器带有方向输出引脚，因此：

• 通过对A相脉冲计数，通过读取单位时间t的脉冲信号的数量，就可以计算出转速；
  
• 通过判断方向引脚的高低电平，就可以知道是正转还是反转。
  

编码器码盘旋转一周A/B相输出的脉冲数目为N，在时间T内统计到的有效脉冲数目为S，那么转速为：

\[n = \frac{S}{NT} \times 60\]
1.2 硬件接线

1.2.1 左电机编码器

编码器一共引出6个引脚，左电机编码器与龙芯2K0300开发板的连接关系需严格对应，连接表如下：
引脚编号编码器引脚含义连接的龙芯GPIOPIN1GND必须可靠接地，否则可能出现显示异常GNDPIN23.3~5V直流供电3.3VPIN3AA 相输出，CMOS 电平GPIO67（SPI2_CS）PIN4Dir方向输出GPIO72（CAN2_RX）PIN5BB 相输出，CMOS 电平——PIN6nc悬空——1.2.2 右电机编码器

右电机编码器与龙芯2K0300开发板的连接关系需严格对应，连接表如下：
编码器引脚含义连接的龙芯GPIOPIN1GND必须可靠接地，否则可能出现显示异常GNDPIN23.3~5V直流供电3.3VPIN3AA 相输出，CMOS 电平GPIO64（SPI2_CLK）PIN4Dir方向输出GPIO73（CAN2_TX）PIN5BB 相输出，CMOS 电平——PIN6nc悬空——二、编码器设备驱动

2.1 编码器驱动

接下来我们在driver目录下创建子目录encoder_driver；

1. zhengyang@ubuntu:/opt/2k0300/loongson_2k300_lib/driver$ mkdir encoder_driver
2. zhengyang@ubuntu:/opt/2k0300/loongson_2k300_lib/encoder_driver$ cd encoder_driver

复制代码

目录结构如下：

1. zhengyang@ubuntu:/opt/2k0300/loongson_2k300_lib/encoder_driver$ tree .
2. .
3. ├── Makefile
4. └── encoder_driver.c

复制代码

2.1.1 encoder_driver

1. #include <linux/module.h>
2. #include <linux/platform_device.h>
3. #include <linux/of.h>
4. #include <linux/of_gpio.h>
5. #include <linux/io.h>
6. #include <linux/miscdevice.h>
7. #include <linux/fs.h>
8. #include <linux/uaccess.h>
10. #define DEVICE_NAME "pulse_encoder"
12. // 寄存器定义
13. #define PWM_ENCODER_LOW_BUFFER   0x4
14. #define PWM_ENCODER_FULL_BUFFER  0x8
15. #define PWM_ENCODER_CTRL         0xC
17. // 控制寄存器位定义
18. #define PWM_ENCODER_EN    (1 << 0)   // 计数器使能
19. #define PWM_ENCODER_CAPTE (1 << 8)   // 测量脉冲使能 (编码器模式)
21. // ioctl 命令
22. #define ENCODER_IOC_MAGIC 'E'
23. #define ENCODER_GET_COUNT _IOR(ENCODER_IOC_MAGIC, 1, struct encoder_counts)
25. struct encoder_counts {
26.     long long count;    // 脉冲计数
27.     int direction;      // 旋转方向 (1: 正转, -1: 反转)
28. };
30. struct encoder_device {
31.     void __iomem *base; // 定时器寄存器基地址
32.     int dir_gpio;       // 方向引脚
33.     int ppr;            // 编码器每转脉冲数
34.     struct miscdevice miscdev;
35. };
37. static struct encoder_device *g_encoder;
39. // 读取计数值和方向
40. static long encoder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
41. {
42.     struct encoder_device *enc = g_encoder;
43.     struct encoder_counts cnt;
44.     void __user *argp = (void __user *)arg;
45.     u32 full_buffer;
46.     unsigned long flags;
48.     if (cmd != ENCODER_GET_COUNT)
49.         return -ENOTTY;
51.     local_irq_save(flags);
52.    
53.     // 1. 读取硬件计数值 (32位)
54.     full_buffer = readl(enc->base + PWM_ENCODER_FULL_BUFFER);
55.    
56.     // 2. 读取方向GPIO电平
57.     cnt.direction = gpio_get_value(enc->dir_gpio) ? 1 : -1;
58.    
59.     // 3. 可选：将硬件计数值转换为更有意义的脉冲数
60.     //    公式基于代码中的参考：100000000 / FULL_BUFFER / 200
61.     //    这里的计算需要根据你的定时器时钟频率调整，此处直接返回原始值
62.     cnt.count = full_buffer;
63.    
64.     local_irq_restore(flags);
66.     if (copy_to_user(argp, &cnt, sizeof(cnt)))
67.         return -EFAULT;
68.    
69.     return 0;
70. }
72. static const struct file_operations encoder_fops = {
73.     .owner = THIS_MODULE,
74.     .unlocked_ioctl = encoder_ioctl,
75. };
77. // 驱动入口
78. static int encoder_probe(struct platform_device *pdev)
79. {
80.     struct device *dev = &pdev->dev;
81.     struct device_node *np = dev->of_node;
82.     struct resource *res;
83.     u32 ctrl;
84.     int ret;
86.     // 分配设备结构体
87.     g_encoder = devm_kzalloc(dev, sizeof(*g_encoder), GFP_KERNEL);
88.     if (!g_encoder)
89.         return -ENOMEM;
91.     // 1. 获取并映射寄存器地址
92.     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
93.     if (!res) {
94.         dev_err(dev, "Failed to get memory resource\n");
95.         return -ENOENT;
96.     }
97.    
98.     g_encoder->base = devm_ioremap(dev, res->start, resource_size(res));
99.     if (!g_encoder->base) {
100.         dev_err(dev, "Failed to ioremap\n");
101.         return -ENOMEM;
102.     }
104.     // 2. 获取方向GPIO
105.     g_encoder->dir_gpio = of_get_named_gpio(np, "dir-gpios", 0);
106.     if (!gpio_is_valid(g_encoder->dir_gpio)) {
107.         dev_err(dev, "Invalid dir-gpios in device tree\n");
108.         return -EINVAL;
109.     }
110.    
111.     ret = devm_gpio_request(dev, g_encoder->dir_gpio, "encoder_dir");
112.     if (ret) return ret;
113.     ret = gpio_direction_input(g_encoder->dir_gpio);
114.     if (ret) return ret;
116.     // 3. 获取PPR (每转脉冲数)
117.     if (of_property_read_u32(np, "rotary-encoder,steps-per-period", &g_encoder->ppr))
118.         g_encoder->ppr = 20; // 默认值
119.    
120.     // 4. 配置定时器为编码器模式
121.     ctrl = readl(g_encoder->base + PWM_ENCODER_CTRL);
122.     ctrl |= PWM_ENCODER_EN;      // 使能计数器
123.     ctrl |= PWM_ENCODER_CAPTE;   // 使能捕获/编码器模式
124.     writel(ctrl, g_encoder->base + PWM_ENCODER_CTRL);
125.    
126.     // 5. 注册MISC设备
127.     g_encoder->miscdev.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;
128.     g_encoder->miscdev.name = DEVICE_NAME;
129.     g_encoder->miscdev.fops = &encoder_fops;
130.    
131.     ret = misc_register(&g_encoder->miscdev);
132.     if (ret) {
133.         dev_err(dev, "Failed to register misc device\n");
134.         return ret;
135.     }
137.     dev_info(dev, "Encoder driver loaded, PPR=%d, base=0x%p\n",
138.              g_encoder->ppr, g_encoder->base);
139.     return 0;
140. }
142. static void encoder_remove(struct platform_device *pdev)
143. {
144.     if (g_encoder) {
145.         misc_deregister(&g_encoder->miscdev);
146.         // 禁用编码器模式
147.         writel(0, g_encoder->base + PWM_ENCODER_CTRL);
148.     }
149. }
151. static const struct of_device_id encoder_of_match[] = {
152.     { .compatible = "pulse-dir-encoder" },
153.     { /* sentinel */ }
154. };
155. MODULE_DEVICE_TABLE(of, encoder_of_match);
157. static struct platform_driver encoder_driver = {
158.     .probe = encoder_probe,
159.     .remove = encoder_remove,
160.     .driver = {
161.         .name = "pulse_dir_encoder_v2",
162.         .of_match_table = encoder_of_match,
163.     },
164. };
166. module_platform_driver(encoder_driver);
168. MODULE_LICENSE("GPL");
169. MODULE_DESCRIPTION("Pulse/Direction Encoder Driver using PWM Timer (No Interrupt)");

复制代码

2.1.2 Makefile

[code]# 内核源码路径KERNELDIR ?= /opt/2k0300/build-2k0300/workspace/linux-6.12# 当前驱动目录PWD := $(shell pwd)# 交叉编译工具链CROSS_COMPILE := loongarch64-linux-gnu-# 架构ARCH := loongarch# 所需文件夹BUILD_DIR := buildKO_DIR:=koSRC_DIR:=src# 编译目标obj-m := encoder.oencoder-y := encoder_driver.o \# 编译规则ll: prepare compile move_files# 提前创建目录prepare:        @mkdir -p $(BUILD_DIR) $(KO_DIR)        @echo "
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