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详解AP3216C（三合一sensor：光照、距离、照射强度）驱动开发

作者：知新_RL | 2024-04-29 15:18:13

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ap3216c

概述

本文详细介绍AP3216C的特性，内部结构，操作时序和寄存器的参数意义，并使用linux platform tree 下i2c 驱动接口，实现了AP3216C的驱动程序。并且编写了一个测试范例，验证该驱动程序的性能。其可以正确的读出sensor内部的数据。

源代码下载地址： AP3216Clinux环境下的驱动程序资源-CSDN文库

1 认识AP3216C

1.1 AP3216C特性

AP3216C是敦南科技出品的一款集成sensor, 其中包括：ALS（数字型环境光线感应 sensor），PS（测距sensor）IR（照射sensor）。这款sensor主要用在手机、平板电脑、电视、显示器、数码相机等产品上。

1）驱动方式：采用标准的I2C接口，且工作在快速模式（400K Hz）

2）输出模块可选： ALS, PS+IR, ALS+PS+IR, PD,ALS once, SW Reset, PS+IR once and ALS+PS+IR once.

3）高分辨率：

数字型环境光线感应 sensor ，采用 16-bit 有效数据输出，数据采集范围（ 0~65535 ）

测距sensor，采用 10-bit 有效数据输出，数据采集范围（ 0~1023 ）

1.2 AP3216C内部结构

由下结构图可以看见： ALS和PS分别和ADC模块连接，以采集外部数据。IR本分隔在一个单独的模块。

1.3 AP3216C 硬件电路

AP3216C采用标准的i2c驱动模式，其和MCU之间通过3个线连接，SDA和SCL是I2C的驱动线，还提供一个中断引脚INT

1.4 AP3216C工作时序

AP3216C采用标准的i2c驱动接口，其slave 设备地址为：0x1e

1.4.1 I2C 写数据协议

1）写方式一：写寄存器地址

S: start 信号

Slave address : 7 bit

W: 写数据bit

A: ACK信号

P: Stop信号

详细时序图：

2）写方式二：写寄存器地址和数据

S: start 信号

Slave address : 7 bit

W: 使能写数据bit

A: ACK信号

P: Stop信号

详细时序图：

1.4.2 I2C 读数据协议

1）读方式一：读寄存器地址

S: start 信号

Slave address : 7 bit

R: 使能读数据bit

A: ACK信号

N: NACK信号

P: Stop信号

详细时序图：

2）读方式二：读寄存器地址的数据

S: start 信号

Slave address : 7 bit

R: 使能读数据bit

W: 使能写数据bit

A: ACK信号

N: NACK信号

P: Stop信号

详细时序图：

1.5 重要的寄存器

AP3216C内部有许多寄存器，其地址空间（0x00 ~ 0x2d ），由于篇幅所限，这里不对每个寄存器做一一介绍。如需了解，可参看文档：AP3216C Rev0.86. pdf。本文主要介绍系统寄存器部分，地址空间（0x00 ~ 0x0f。各个寄存器的功能，看下表：

1.5.1 系统配置寄存器

该寄存器地址位0x00, 低位3个bit(bit-0 bit-1,bit-2)用于配置系统工作模式

具体模式如下表：

1.5.2 和中断相关寄存器

中断状态寄存器： address = 0x01

BIT-0: ALS-INT 用来表示中断是否发生， B0=1 表示ALS中断被触发， B0 =0 示ALS中断未被被触发

BIT-1: PS-INT 用来表示中断是否发生， B0=1 表示PS中断被触发， B0 =0 示PS中断未被被触发

中断清除寄存器: address = 0x02

当配置CLR_MNR = 0时，在读取寄存器（0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F)的值后，芯片会自动清除中断；

当配置CLR_MNR = 1时，需要软件强制把寄存器0x01的对应位置位为1，清除中断；

1.5.3 IR数据寄存器

对应地址： 0x0a 和0x0b

0x0a地址中，bit0和bit1 为数据位，表示低字节位， IR_OF为数据溢出标记，当IR_OF=1, 表明IR值过高，其会影响PS的数据的有效性

0x0b地址中，为IR 数据高字节位

1.5.4 ALS 数据寄存器

对应地址： 0x0c 和0x0d

1.5.5 PS 数据寄存器

对应地址： 0x0E 和0x0F

IR_OF = 1，表示读取的数据有效。IR_OF = 0，表示读取的数据无效。

2 驱动开发

2.1 查看i2c总线下的设备

i2c总线上可以挂载多个device，其要求在同一条总线上，每个设备的地址必须唯一性。如果两个设备的地址一样，会出现时序混乱。下面通过命令来探测一下i2c总线下的设备情况。

查看i2c-0下设备情况

使用命令

 i2cdetect -a 0

执行该命令后，列出设备地址信息：该总线下有两个设备，其地址分别为：0x1a和0x1e

2.2 编写驱动代码

创建drv_ap3216c.c，编写如下代码


/***************************************************************
Copyright  2024-2029. All rights reserved.
文件名     : drv_ap3216c.c
作者       : tangmingfei2013@126.com
版本       : V1.0
描述       : ap3216c 驱动程序
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2024/02/01
***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/fs.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include "drv_ap3216.h"
 
#define DEV_FILE               "/dev/i2c-0"
 
 
static int fd = -1;
 
static void msleep(unsigned int time)
{
    struct timespec sleeper, temp;
 
    sleeper.tv_sec = (time_t)(time/1000);
    sleeper.tv_nsec = (long)(time%1000)*1000000;
    nanosleep(&sleeper, &temp);
}
 
static int ap3216c_write_reg( unsigned char reg, unsigned char cmd)
{
    int              ret = -1;
    unsigned char    buf[2] = {0};
 
    buf[0] = reg;
    buf[1] = cmd;
    
    ret = write(fd, buf, 2);
    if( ret < 0 )
    {
        printf("write cmd to ap3216c register failure.\n");
        return -1;
    }
    
    return 0;
}
 
static int ap3216c_read_reg( unsigned char reg, unsigned char *val)
{
    int           ret = -1;
    unsigned char buf[1] = {0};
 
    buf[0] = reg;           //send register address 
    ret = write( fd, buf, 1);
    if( ret < 0 )
    {
        printf("write cmd to ap3216c register failure.\n");
        return -1;
    }
    
    ret = read(fd, buf, 1);  //read data from the register 
    if( ret < 0 )
    {
        printf("get the humidy failure.\n");
        return -1;
    }
    *val = buf[0];
    
    return 0;
}
 
void ap3216c_read_datas(ap3216c_data *pdata)
{
    unsigned char i =0;
    unsigned char buf[6], val = 0;
    
    /* read all sensor‘ data */
    for( i = 0; i < 6; i++)    
    {
        ap3216c_read_reg( AP3216C_IRDATALOW + i, &val); 
        buf[i] = val;
    }
 
     /* IR   */
    if(buf[0] & 0X80){  /* IR_OF位为1,则数据无效 */
        pdata->ir = 0;
    }        
    else {        
        pdata->ir = ((unsigned short)buf[1] << 2) | (buf[0] & 0X03); 
    }        
    
    /* ALS  */  
    pdata->als = ((unsigned short)buf[3] << 8) | buf[2]; 
    
    /* PS */
    if(buf[4] & 0x40){    /* IR_OF位为1,则数据无效 */
        pdata->ps = 0; 
    }        
    else{                
        pdata->ps = ((unsigned short)(buf[5] & 0X3F) << 4) | (buf[4] & 0X0F); 
    }
}
 
void ap3216c_release( void )
{
    close( fd );
}
 
int ap3216c_init(void)
{
    // init i2c 
    fd = open(DEV_FILE, O_RDWR);
    if( fd < 0 )
    {
        close( fd );
        printf("%s %s i2c device open failure: %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    ioctl(fd, I2C_TENBIT, 0);
    ioctl(fd, I2C_SLAVE, AP3216C_ADDR);
    
    // reset sensor 
    ap3216c_write_reg( AP3216C_SYSTEMCONG, 0x04);
    msleep(2);
    
    // enable ALS、PS+IR
    ap3216c_write_reg( AP3216C_SYSTEMCONG, 0X03);
    msleep(2);
    
    return fd;
}

在drv_ap3216c.h中，编写如下代码：


#ifndef __DRV__AP3216_H
#define __DRV__AP3216_H
 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
 
#define AP3216C_ADDR          0X1E
 
/* AP3316C寄存器 */
#define AP3216C_SYSTEMCONG    0x00    /* 配置寄存器       */
#define AP3216C_INTSTATUS     0X01    /* 中断状态寄存器   */
#define AP3216C_INTCLEAR      0X02    /* 中断清除寄存器   */
#define AP3216C_IRDATALOW     0x0A    /* IR数据低字节     */
#define AP3216C_IRDATAHIGH    0x0B    /* IR数据高字节     */
#define AP3216C_ALSDATALOW    0x0C    /* ALS数据低字节    */
#define AP3216C_ALSDATAHIGH   0X0D    /* ALS数据高字节    */
#define AP3216C_PSDATALOW     0X0E    /* PS数据低字节     */
#define AP3216C_PSDATAHIGH    0X0F    /* PS数据高字节     */
 
typedef struct _ap3216c_data{
   unsigned short ir; 
   unsigned short als; 
   unsigned short ps;      /* */ 
}ap3216c_data;
 
void ap3216c_read_datas(ap3216c_data *pdata);
int ap3216c_init(void);
 
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
 
#endif /* __DRV__AP3216_H */

3 编写测试代码

测试主要实现，调用驱动程序接口，读取ALS,PS,IR数据，并打印出来

3.1 测试代码实现

创建一个test_ap3216.c，编写如下代码：


/***************************************************************
Copyright  2024-2029. All rights reserved.
文件名     : test_ap3216.c
作者       : tangmingfei2013@126.com
版本       : V1.0
描述       : 验证dev_ap3216.c 
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2024/02/1
***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/fs.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include "drv_ap3216.h"
 
int main(void)
{
    ap3216c_data stru_data;
    int count_run = 100;
    int set;
 
    set = ap3216c_init();
    if( set < 0){
        printf("initial ap3216c failure.\n");
        return -1;
    }
 
    while( count_run > 0){
        ap3216c_read_datas( &stru_data );
        
        printf("ir = %d, als = %d, ps = %d \r\n", 
               stru_data.ir, stru_data.als, stru_data.ps);
        count_run--;
        sleep(1);
    }
 
    ap3216c_release();
 
    return 0;
}

3.2 Makefile

在测试程序的目录下，创建一个makefile文件，编写如下代码


CFLAGS= -Wall -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip
 
test_ap3216: test_ap3216.o drv_ap3216.o
	$(CC) $(CFLAGS) -o test_ap3216 test_ap3216.o drv_ap3216.o
	$(STRIP) -s test_ap3216
 
clean:
	rm -f test_ap3216 test_ap3216.o drv_ap3216.o

4 测试

4.1 编译代码

使用Make命令编译代码，然后将生成的可执行文件copy到NFS的共享目录下，方便在板卡中运行程序。

4.2 运行测试程序

运行测试程序，可以看见在终端上打印出来sensor的数据

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概述

1 认识AP3216C

1.1 AP3216C特性

1.2 AP3216C内部结构

1.3 AP3216C 硬件电路

1.4 AP3216C工作时序

1.4.1 I2C 写数据协议

1.4.2 I2C 读数据协议

1.5 重要的寄存器

1.5.1 系统配置寄存器

1.5.2 和中断相关寄存器

1.5.3 IR数据寄存器

1.5.4 ALS 数据寄存器

1.5.5 PS 数据寄存器

2 驱动开发

2.1 查看i2c总线下的设备

2.2 编写驱动代码

3 编写测试代码

3.1 测试代码实现

3.2 Makefile

4 测试

4.1 编译代码

4.2 运行测试程序

详解AP3216C（三合一sensor：光照、距离、照射强度）驱动开发