Linux 驱动中如何实现 ADC 电流采样?
在 Linux 驱动里做 ADC 电流采样,最容易踩的坑不是“读不到 ADC 值”,而是读到了一个看似正常的 raw 值,却不知道它到底代表多少 mA,误差从哪里来,过流阈值该按硬件值还是软件值设置。
工程上要把这件事拆成三层:硬件把电流变成电压,ADC 把电压变成数字量,Linux 驱动再把数字量换算成可用的电流值。只要其中一层单位错了,后面的滤波、保护和上报都会跟着跑偏。
一、总览:ADC 电流采样不是只读一个通道
完整链路通常从电源或负载电流开始,经过采样电阻、运放或分压滤波,再进入 SoC ADC 通道。Linux 侧可能通过 IIO 子系统读取,也可能由 PMIC、SARADC 或外置 ADC 驱动提供 consumer channel。应用最终看到的是电流值,但驱动内部至少要经历 raw -> voltage -> current 这几步。
一个比较稳的设计习惯是先把所有参数写清楚:
RsenseGain:运放或电流检测芯片增益,注意是否包含反相或偏置。Vref:ADC 参考电压,决定 raw 值和电压的换算比例。N bitOffset
驱动实现时不要把这些值散落在代码里。更好的方式是从设备树、ACPI、平台数据或芯片寄存器读取,再在 probe 阶段做一次完整校验。否则硬件换一个采样电阻,软件却还按旧参数计算,问题会非常隐蔽。
二、硬件链路:先确认 ADC 看到的是什么电压
电流采样的硬件方案大体分两类:低边采样和高边采样。低边采样简单、成本低,但会抬高负载地;高边采样更符合电源完整性要求,但对共模范围、运放选型和布局噪声更敏感。
公式看起来很朴素:
●●●# 理想情况下的换算链路
Vshunt = Vadc / Gain
I = Vshunt / Rsense
问题在于真实硬件很少这么理想。采样电阻有精度和温漂,运放有输入失调和带宽限制,ADC 有量化误差和参考电压误差,PCB 上还有开关电源纹波、地弹和走线耦合。驱动不能解决所有模拟问题,但驱动必须知道这些误差存在。
做板级 bring-up 时,我一般会先用万用表或示波器确认三个点:
- ADC raw 值随负载变化是否单调、稳定、没有明显饱和。
如果 ADC 输入已经超量程,软件滤波只是在“美化错误”。如果零电流时 ADC 有固定偏移,驱动就需要做 offset 校准,否则小电流会一直显示不准。
三、IIO 驱动实现:Provider 负责采样,Consumer 负责业务换算
Linux 里推荐把 ADC 能力放到 IIO provider 驱动里,业务驱动通过 IIO consumer API 拿通道。这样 ADC 控制器、PMIC ADC、外置 ADC 都可以统一接入,上层电流检测驱动不需要关心底层寄存器细节。
设备树可以把 ADC 通道和硬件参数描述清楚:
●●●current_sense {
compatible = "demo,adc-current-sense";
io-channels = <&saradc 3>; /* 使用 ADC3 作为采样输入 */
io-channel-names = "sense";
sense-resistor-milli-ohms = <10>; /* Rsense = 10 mΩ */
amplifier-gain-milli = <50000>; /* Gain = 50.000 倍 */
};
驱动里最关键的是把单位固定下来。下面示例假设 IIO provider 返回的是 ADC 输入端微伏值,实际项目要以对应 ADC 驱动的 ABI 为准:
●●●/* 读取 ADC 电压并换算成电流,单位统一用 uV、mΩ、mA */
staticint sample_current_ma(struct device *dev, struct iio_channel *chan,
int rsense_mohm, int gain_milli)
{
int adc_uv;
s64 vshunt_uv;
int ret;
ret = iio_read_channel_processed(chan, &adc_uv);
if (ret < 0)
return ret; /* 读取失败时不要上报旧电流 */
/* 运放输出还原到采样电阻两端电压 */
vshunt_uv = div_s64((s64)adc_uv * 1000, gain_milli);
/* uV / mΩ = mA,这样可以避免浮点运算 */
return div_s64(vshunt_uv, rsense_mohm);
}
如果底层只能提供 raw 和 scale,也可以自己完成换算。重点不是 API 选哪一个,而是别让 raw、mV、uV、mA 在代码里混着飞。驱动代码里所有变量名最好带单位,例如 adc_uv、current_ma、rsense_mohm,这比注释更可靠。
四、滤波校准与调试:让数值可信,而不是看起来平滑
ADC 电流采样通常会有抖动,尤其是负载由 DC/DC、马达、背光或无线模块产生时。驱动层可以做去毛刺、滑动平均、限幅和阈值防抖,但要记住:滤波会带来响应延迟,保护类电流检测不能只追求曲线漂亮。
常见处理链路可以这样设计:
- 先丢弃明显异常的单点值,例如超出 ADC 量程或跳变过大的值。
- 再做固定窗口平均,窗口大小根据采样周期和响应时间确定。
- 过流判断增加 debounce,避免噪声触发误报。
调试时建议同时看内核日志、IIO sysfs 和外部仪表:
●●●# 查看 IIO 设备和通道,确认 ADC provider 是否注册成功
iio_info
# 读取原始 ADC 值和 scale,路径需要按实际 iio:device 编号调整
cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage3_raw
cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage3_scale
# 连续观察采样变化,配合负载切换或电子负载阶跃测试
watch -n 0.2'cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage3_raw'
如果读数不准,排查顺序不要反过来。先看硬件量程和参考电压,再看 IIO 输出单位,然后看换算公式,最后才看滤波算法。很多“滤波不稳定”的问题,根因其实是采样点接错、增益参数错、ADC scale 理解错。
五、实战总结:把电流采样做成可交付能力
Linux 驱动里的 ADC 电流采样,真正的交付物不是一段 iio_read_channel_processed() 代码,而是一条可解释、可校准、可验证的测量链路。
落地时建议按这个顺序推进:
- 硬件确认:采样电阻、运放增益、ADC 量程、参考电压先闭环。
- 单位确认:所有变量、设备树属性和导出接口都写清单位。
- 策略确认:滤波窗口、采样周期、过流阈值和响应时间一起评估。
- 接口确认:根据业务选择
power_supply、hwmon、IIO sysfs 或私有 debugfs。
一句话收尾:ADC 电流采样是模拟硬件和 Linux 驱动的交界面。硬件决定你能采到什么,IIO 决定你怎么拿到数据,驱动换算和滤波决定这个数值能不能被系统放心使用。