2025-12-15发表NXP / RT1060 / ADC25 分钟读完 (大约3742个字)

RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part2 中断

i.MX RT1060 下的 ADC 开发实战：从 HAL 库到寄存器级驱动

在嵌入式开发中，官方提供的 HAL (Hardware Abstraction Layer) 库虽然使用方便，但有时为了追求极致的性能、更小的代码体积，或者仅仅是为了“知其所以然”，我们需要深入底层，直接操作寄存器。

本文将以 NXP i.MX RT1060 的 ADC 中断例程为例，深入剖析 ADC 外设的工作原理、寄存器配置细节，并演示如何将官方 SDK 的 HAL 库代码重构为直接操作寄存器的高效代码。

1. 工程概述与逻辑架构

1.1 功能描述

RT1060 adc_interrupt Demo 演示了一个 12-bit SAR ADC 在软件触发模式下的基础功能：

交互方式：通过串口终端 (Debug Console) 交互。
工作流：*用户按下任意键 -> 触发一次 ADC 转换 -> ADC 转换完成触发中断 -> 在 ISR 中读取数据 -> 串口打印结果*。
核心价值：展示了从触发到中断读取的完整闭环。

1.2 逻辑时序图 (UML)

为了理清代码并未直接展现的硬件交互流程，我们绘制了如下的时序图：

sequenceDiagram
    participant User as 用户 (Terminal)
    participant Main as 主程序 (Main Loop)
    participant Register as 寄存器接口
    participant ADC_HW as ADC 硬件核心
    participant ISR as 中断服务程序

    Note over Main, ADC_HW: === 初始化阶段 ===
    Main->>Register: 配置 CFG (时钟/模式) & GC (功能)
    Main->>Register: 写入 GC[CAL] 启动自校准
    ADC_HW-->>Register: 校准完成自动清零 CAL
    Main->>Register: 检查 GS[CALF] 确认成功

    Note over User, ISR: === 运行时循环 ===
    loop Every Conversion
        Main->>User: "Press any key..."
        User->>Main: 按键输入
        Main->>Main: 清除软件标志位 Flag = false
        
        Main->>Register: 写入 HC0[ADCH] (通道号)
        Note right of Main: 关键：写入 HC0 立即启动软件触发转换
        
        ADC_HW->>ADC_HW: 采样 & 转换 (Sampling)
        ADC_HW-->>ISR: 完成中断 (COCO Interrupt)
        
        activate ISR
        ISR->>Register: 读取 R0 寄存器
        Note right of ISR: 关键：读取 R0 自动清除 COCO 标志
        ISR->>Main: 置位 Flag = true
        deactivate ISR
        
        Main->>Main: 退出等待循环
        Main->>User: 打印采样值
    end

2. 核心寄存器深度解析

要脱离 HAL 库，必须读懂 Datasheet。RT1060 的 ADC 主要由以下几个关键寄存器控制：

2.1 ADCx_CFG (Configuration Register) - 全局大脑

这是配置 ADC 基础属性的地方。

ADICLK (Input Clock): 设置为 11b (Asynchronous Clock)。选用异步时钟让 ADC 可以在 CPU 总线时钟停止时继续运行（低功耗场景）。
MODE (Resolution): 设置为 10b (12-bit)。输出范围 0-4095。
ADTRG (Trigger): 设置为 0 (Software Trigger)。这是本例程的核心，如果不配置为软件触发，写入命令寄存器将无效。
ADIV (Divider): 时钟分频，通常设为 0 (不分频) 以获得最快采样速度。

2.2 ADCx_GC (General Control) - 功能开关

CAL (Calibration): 写 1 启动硬件自校准。
ADACKEN (Asynchronous Clock Output): 必须置 1。因为我们在 CFG 中选择了异步时钟作为源，所以这里必须打开它。

2.3 ADCx_HCn (Heap Command/Control) - 发令枪

RT1060 有多个 HC 寄存器 (HC0-HC7)，但在软件触发模式下，通常只用 HC0。

写入动作：这是最关键的一点。在软件触发模式下，向 HC0 写入通道号的操作，等同于按下了“启动按钮”。
ADCH (Channel): 写入目标通道号。
AIEN (Interrupt Enable): 置 1 则转换完成后触发中断。

2.4 ADCx_R0 (Data Result) - 终点

读取该寄存器获得 12-bit 结果。
隐含操作：读取 R0 会自动清除状态寄存器 (HS) 中的“转换完成标志” (COCO)。

3. 从 HAL 到寄存器的代码重构实战

我们将对比 NXP SDK 的 HAL 实现与我们重构后的寄存器实现。本例中，我们将完整的 HAL 调用替换为了直接的指针操作。

3.1 初始化配置 (Initialization)

HAL 方式:

adc_config_t adcConfigStruct;
ADC_GetDefaultConfig(&adcConfigStruct);
adcConfigStruct.clockSource = kADC_ClockSourceAD; 
adcConfigStruct.resolution = kADC_Resolution12Bit;
ADC_Init(DEMO_ADC_BASE, &adcConfigStruct);

寄存器方式 (重构后): 我们直接操作 CFG 和 GC 寄存器，代码更加直观且无函数调用开销。

uint32_t tmp32;
/* 配置 CFG 寄存器 */
/* 保留 AVGS (硬件平均) 设置，清除 ADTRG (设为软件触发) */
tmp32 = DEMO_ADC_BASE->CFG & (ADC_CFG_AVGS_MASK | ADC_CFG_ADTRG_MASK);

/* 这里的宏定义直接对应寄存器位域 */
tmp32 |= ADC_CFG_REFSEL(kADC_ReferenceVoltageSourceAlt0) | 
         ADC_CFG_ADSTS(kADC_SamplePeriod2or12Clocks) |
         ADC_CFG_ADICLK(kADC_ClockSourceAD) |  // 异步时钟源
         ADC_CFG_ADIV(kADC_ClockDriver1) | 
         ADC_CFG_MODE(kADC_Resolution12Bit);   // 12位分辨率

DEMO_ADC_BASE->CFG = tmp32;

/* 配置 GC 寄存器 */
tmp32 = DEMO_ADC_BASE->GC & ~(ADC_GC_ADCO_MASK | ADC_GC_ADACKEN_MASK);
tmp32 |= ADC_GC_ADACKEN_MASK; // 使能异步时钟输出
DEMO_ADC_BASE->GC = tmp32;

/* 再次确认关闭硬件触发 */
DEMO_ADC_BASE->CFG &= ~ADC_CFG_ADTRG_MASK;

3.2 硬件自校准 (Auto-Calibration)

HAL 库的 ADC_DoAutoCalibration 内部逻辑较为复杂，隐藏了状态查询细节。重写后我们可以清晰看到校准的完整握手流程：

/* 1. 清除旧的校准失败标志 */
DEMO_ADC_BASE->GS = ADC_GS_CALF_MASK; 

/* 2. 启动校准 (写入 GC 寄存器的 CAL 位) */
DEMO_ADC_BASE->GC |= ADC_GC_CAL_MASK; 

/* 3. 阻塞等待硬件清除 CAL 位 (表示校准结束) */
while (0U != (DEMO_ADC_BASE->GC & ADC_GC_CAL_MASK))
{
    /* 可选：检查中途是否失败 */
    if (DEMO_ADC_BASE->GS & ADC_GS_CALF_MASK) break;
}

/* 4. 结果验证 */
if (DEMO_ADC_BASE->HS & (1UL << 0U)) {
    /* 虚拟读取 R0 以清除 COCO 标志，复位状态机 */
    (void)DEMO_ADC_BASE->R[0];
}

3.3 触发转换与中断读取

这是主循环中最频繁执行的代码段。

寄存器方式启动转换:

// 准备命令字：通道号 + 中断使能位
uint32_t tmpHC = ADC_HC_ADCH(DEMO_ADC_USER_CHANNEL);
tmpHC |= ADC_HC_AIEN_MASK; 

// 写入 HC0，硬件立即启动转换
DEMO_ADC_BASE->HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] = tmpHC;

中断服务程序 (ISR):

void EXAMPLE_ADC_IRQHandler(void)
{
    g_AdcConversionDoneFlag = true;
    
    // 直接读取数据寄存器 R[0]
    // 这一步既获取了数据，又清除了硬件中断标志
    g_AdcConversionValue = DEMO_ADC_BASE->R[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP];
    
    g_AdcInterruptCounter++;
    SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}

4. 总结

通过这次重构，我们不仅缩减了代码的 Flash 占用（移除了庞大的 fsl_adc.c 依赖），更重要的是彻底掌握了：

触发机制：明确了“写 HC0”就是“软件触发”的本质。
标志位管理：理解了读取数据寄存器与清除状态标志的硬件联动关系。
时钟构建：理解了异步时钟源配置与 GC 控制寄存器的依赖关系。

这种寄存器级别的掌控力，在进行高性能电机控制、电源管理等对 ADC 采样时序要求极高的应用中，是必不可少的核心能力。

附录

本工程针对 i.MX RT1060 ADC (12-bit SAR) 外设。以下是核心用到的寄存器及其位域分析。

1. ADCx_CFG (Configuration Register)

用于设置 ADC 的工作模式、时钟源和采样时间。

Bit(s)	Field Name	Description in Project	Value Analysis
1-0	ADICLK	Input Clock Select	`11b` (kADC_ClockSourceAD) - 选择异步时钟 (Asynchronous Clock)。ADACK,该时钟是ADC模块中的时钟源生成的，所以当单片机处于停止模式时该时钟仍然在运行。使用该时钟在停止模式下ADC可以进行转换。
3-2	MODE	Conversion Mode Selection	`10b` (kADC_Resolution12Bit) - 12位分辨率。结果范围 0-4095。
4	ADLSMP	Long Sample Time Configuration	`0` (Short Sample) - 使用短采样时间。
6-5	ADIV	Clock Divide Select	`00b` (Divide by 1) - 输入时钟不分频。
7	ADLPC	Low-Power Configuration	`0` - 普通功耗模式。
12-11	REFSEL	Voltage Reference Selection	`0`- 只有一个选项（`kADC_ReferenceVoltageSourceAlt0`）
13	ADTRG	Conversion Trigger Select	`0` - 软件触发 (Software Trigger)。这是本工程的关键，转换由写入 `HC` 寄存器启动。
16	OVWREN	Data Overwrite Enable	`0` - 禁止覆写。如果旧数据未读，新数据不会覆盖它（这是通常的安全做法，虽然在中断模式下通常能及时读取）。

2. ADCx_GC (General Control Register)

用于控制校准、DMA请求和异步时钟输出。

Bit(s)	Field Name	Description in Project	Value Analysis
0	ADACKEN	Asynchronous Clock Output Enable	`1` - 使能。因为 `CFG[ADICLK]` 选择了 ADACK，所以必须开启此位以产生时钟。
1	DMAEN	DMA Enable	`0` - 关闭 DMA。本工程使用中断 (Interrupt) 方式搬运数据，而非 DMA。
6	ADCO	Continuous Conversion Enable	`0` - 单次转换 (One-shot)。每次触发只进行一次转换。
7	CAL	Calibration Func	`1` (Momentary) - 写入 1 启动自校准流程。校准结束后硬件自动清零。

3. ADCx_GS (General Status Register)

用于指示 ADC 模块的全局状态（非特定通道）。

Bit(s)	Field Name	Description in Project	Value Analysis
1	CALF	Calibration Failed Flag	用于 `ADC_DoAutoCalibration` 函数中。如果校准失败，此位会被置 1。程序需检查此位确保校准成功。
2	ADACT	Conversion Active	指示转换是否正在进行中。

4. ADCx_HCn (Control register for hardware triggers)

重要：在 RT1050 芯片中，有 HC0 到 HC7。对于软件触发，只能使用 HC0。写入此寄存器是启动软件转换的触发器。

Bit(s)	Field Name	Description in Project	Value Analysis
4-0	ADCH	Input Channel Select	设置为 `DEMO_ADC_USER_CHANNEL`。选择物理模拟通道引脚。
7	AIEN	Interrupt Enable	`1` - 开启中断。当转换完成 (COCO) 时，产生中断请求。

5. ADCx_Rn (Data Result Register)

保存转换结果。在此工程中主要关注 R0（对应 HC0）。

Bit(s)	Field Name	Description in Project	Value Analysis
11-0	D	Data (Result)	12位转换结果数据。

注意：读取 Rn 寄存器也是清除该通道 HS (Status) 寄存器中 COCO (Conversion Complete) 标志位的标准方法。

6. ADCx_HS (Status Register)

通道状态寄存器。

Bit(s)	Field Name	Description
0	COCO0	Conversion Complete Flag 0。当 `R0` 数据准备好时置 1。读取 `R0` 后自动清零。

附录2

完整的修改后的寄存器代码

int main(void)
{
    // adc_config_t adcConfigStruct;
    // adc_channel_config_t adcChannelConfigStruct;

    BOARD_InitHardware();
    EnableIRQ(DEMO_ADC_IRQn);

    PRINTF("\r\nADC interrupt Example (Register Level).\r\n");

    /* 
     * Register Level Initialization 
     * Replaces: ADC_GetDefaultConfig & ADC_Init
     */
    
    /* 
     * CRITICAL FIX: Enable the ADC Clock! 
     * In the original HAL ADC_Init(), CLOCK_EnableClock() is called. 
     * Accessing ADC registers without the clock enabled results in hard faults or ignored writes (reads return 0).
     */
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Adc1);

    uint32_t tmp32;

    /* ADCx_CFG Configuration */
    /* Keep existing AVGS and ADTRG bits (though we clear ADTRG later) */
    tmp32 = DEMO_ADC_BASE->CFG & (ADC_CFG_AVGS_MASK | ADC_CFG_ADTRG_MASK); 
    
    /* Config:
     * - Reference: Alt0 (kADC_ReferenceVoltageSourceAlt0)
     * - Sample Period: 2/12 Clocks (kADC_SamplePeriod2or12Clocks)
     * - Clock Source: Asynchronous (kADC_ClockSourceAD)
     * - Clock Driver (Divider): 1 (kADC_ClockDriver1)
     * - Resolution: 12 Bit (kADC_Resolution12Bit)
     */
    tmp32 |= ADC_CFG_REFSEL(kADC_ReferenceVoltageSourceAlt0) | 
             ADC_CFG_ADSTS(kADC_SamplePeriod2or12Clocks) |
             ADC_CFG_ADICLK(kADC_ClockSourceAD) | 
             ADC_CFG_ADIV(kADC_ClockDriver1) | 
             ADC_CFG_MODE(kADC_Resolution12Bit);
             
    /* Other bools from default config are false (LowPower, LongSample, HighSpeed, OverWrite), so we don't set their masks. */
    DEMO_ADC_BASE->CFG = tmp32;

    /* ADCx_GC Configuration */
    tmp32 = DEMO_ADC_BASE->GC & ~(ADC_GC_ADCO_MASK | ADC_GC_ADACKEN_MASK);
    /* Enable Asynchronous Clock Output (needed for kADC_ClockSourceAD) */
    tmp32 |= ADC_GC_ADACKEN_MASK; 
    /* Disable Continuous Conversion (ADCO not set) */
    DEMO_ADC_BASE->GC = tmp32;

    /* Disable Hardware Trigger (Software Trigger Mode) */
    // Replaces: ADC_EnableHardwareTrigger(DEMO_ADC_BASE, false);
    DEMO_ADC_BASE->CFG &= ~ADC_CFG_ADTRG_MASK;


    /* Do auto hardware calibration. */
    /* Register Level Implementation of ADC_DoAutoCalibration */
    bool calibrationSuccess = true;
    
    /* 1. Clear CALF (Calibration Failed Flag) */
    DEMO_ADC_BASE->GS = ADC_GS_CALF_MASK; //特殊的W1C,写1清零
    
    /* 2. Launch Calibration */
    DEMO_ADC_BASE->GC |= ADC_GC_CAL_MASK; 

    /* 3. Wait for CAL bit to clear */
    while (0U != (DEMO_ADC_BASE->GC & ADC_GC_CAL_MASK))
    {
        /* Check if CALF happened during wait */
        if (DEMO_ADC_BASE->GS & ADC_GS_CALF_MASK)
        {
            calibrationSuccess = false;
            break;
        }
    }

    /* 4. Final Status Check */
    /* Check COCO0 (Conversion Complete) in HS register - Calibration result is stored in R0 */
    if (0U == (DEMO_ADC_BASE->HS & (1UL << 0U))) // ADC_GetChannelStatusFlags(base, 0)
    {
        calibrationSuccess = false;
    }
    if (DEMO_ADC_BASE->GS & ADC_GS_CALF_MASK)
    {
        calibrationSuccess = false;
    }
    
    /* Clear conversion done flag by reading the result */
    (void)DEMO_ADC_BASE->R[0];

    if (calibrationSuccess)
    {
        PRINTF("ADC_DoAutoCalibration() Done.\r\n");
    }
    else
    {
        PRINTF("ADC_DoAutoCalibration() Failed.\r\n");
    }

    /* Configure the user channel and interrupt. */
    // adcChannelConfigStruct.channelNumber                        = DEMO_ADC_USER_CHANNEL;
    // adcChannelConfigStruct.enableInterruptOnConversionCompleted = true;
    
    g_AdcInterruptCounter = 0U;

    PRINTF("ADC Full Range: %d\r\n", g_Adc_12bitFullRange);
    while (1)
    {
        PRINTF("Press any key to get user channel's ADC value.\r\n");
        GETCHAR();
        g_AdcConversionDoneFlag = false;

        /*
           Register Level: Start Conversion
           Replaces: ADC_SetChannelConfig(DEMO_ADC_BASE, DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP, &adcChannelConfigStruct);
        */
        uint32_t tmpHC = ADC_HC_ADCH(DEMO_ADC_USER_CHANNEL);
        tmpHC |= ADC_HC_AIEN_MASK; // Enable Interrupt
        
        /* Writing to HC register triggers the software conversion */
        DEMO_ADC_BASE->HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] = tmpHC;

        while (g_AdcConversionDoneFlag == false)
        {
        }
        PRINTF("ADC Value: %d\r\n", g_AdcConversionValue);
        PRINTF("ADC Interrupt Counter: %d\r\n", g_AdcInterruptCounter);
    }
}

ADC1_IRQHandler

void EXAMPLE_ADC_IRQHandler(void)
{
    g_AdcConversionDoneFlag = true;
    /* Read conversion result to clear the conversion completed flag. */
    // g_AdcConversionValue = ADC_GetChannelConversionValue(DEMO_ADC_BASE, DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP);
    /* Register Level: Read R register directly */
    g_AdcConversionValue = DEMO_ADC_BASE->R[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP];

    g_AdcInterruptCounter++;
    SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}

附录3 Polling（轮询） vs Interrupt（中断）版本概要

两者的核心寄存器配置（CFG、GC、时钟/校准）一致，主要差异集中在 转换完成后的处理方式 和 初始化流程中的中断配置。

详细差异对比表

特性	Polling（轮询）版本	Interrupt（中断）版本 `adc_interrupt.c`
1. 中断控制器使能	无	在 `main` 开头调用 `EnableIRQ(DEMO_ADC_IRQn);`，使能 NVIC 层级的中断
2. `HCn` 寄存器配置（触发转换）	`tmp32 = ADC_HC_ADCH(...)`（不设置 AIEN）；`DEMO_ADC_BASE->HC[...] = tmp32;`	`tmpHC = ADC_HC_ADCH(...)` 后，置位 `AIEN`； `uint32_t tmpHC = ADC_HC_ADCH(DEMO_ADC_USER_CHANNEL);` `tmpHC
3. 等待转换完成	主动忙等：死循环查询 `HS`/`COCO` 状态位：`while (0U == ((...->HS >> ...) & 0x1U)) { ; }`	被动等待软件标志位：`while (g_AdcConversionDoneFlag == false) { }`（主循环不直接查寄存器）
4. 结果读取	在 while 循环结束后直接读取：`result = DEMO_ADC_BASE->R[...]`	在 ISR（`EXAMPLE_ADC_IRQHandler(...)`）里读取 `R[...]` 并更新全局变量
5. 状态清除（COCO）	读取 `R[...]` 时硬件自动清除（在主程序中发生）	读取 `R[...]` 时硬件自动清除（在ISR中发生）

代码逻辑差异深度分析

1) 触发转换的区别（HC 寄存器）

Polling 版本：仅写入 ADCH 通道号。这会启动转换，但不会请求中断。

1
2
3

tmp32 = ADC_HC_ADCH(adcChannelConfigStruct.channelNumber);
// 注意：这里没有 |= ADC_HC_AIEN_MASK
DEMO_ADC_BASE->HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] = tmp32;

Interrupt 版本：写入 ADCH 通道号 + AIEN (Interrupt Enable) 位。

1
2
3

uint32_t tmpHC = ADC_HC_ADCH(DEMO_ADC_USER_CHANNEL);
tmpHC |= ADC_HC_AIEN_MASK; // <--- 关键区别
DEMO_ADC_BASE->HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] = tmpHC;

2) 等待机制的区别（Busy-Wait vs. Interrupt-Wait）

Polling：这种方式占用 CPU。CPU 在 while 循环中不断去访问外设总线读取 HS (Status) 寄存器，直到 COCO (Conversion Complete) 标志变 1。

1	while (0U == ((DEMO_ADC_BASE->HS >> DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP) & 0x1U)) { ; }

Interrupt：这种方式释放 CPU（虽然本例中 CPU 也在死循环等待 flag，但在实际 RTOS 或复杂系统中，CPU 可以去干别的事或者休眠）。当硬件转换完成，硬件信号直接触发 NVIC 跳转到 ISR。

1	while (g_AdcConversionDoneFlag == false) { } // 等待 ISR 修改此变量

3) 读取数据的时机与位置

Polling: 就在 main 函数里，确认 HS 标志变位后立即读取。 Interrupt: 在 EXAMPLE_ADC_IRQHandler 函数里读取。

总结

polling 代码是同步阻塞的寄存器写法，而 adc_interrupt.c 是异步事件驱动的寄存器写法。两者底层的 CFG (时钟/模式) 和 GC (校准) 配置是完全通用的。

RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part2 中断

https://dustofstars.github.io/NXP/RT1060/ADC/rt1060-adc-demo-寄存器解析-part2-中断/

作者

Gavin

发布于

2025-12-15

更新于

2025-12-15

许可协议

CC BY-NC-SA 4.0

#NXP ADC

RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part2 中断

i.MX RT1060 下的 ADC 开发实战：从 HAL 库到寄存器级驱动

1. 工程概述与逻辑架构

1.1 功能描述

1.2 逻辑时序图 (UML)

2. 核心寄存器深度解析

2.1 ADCx_CFG (Configuration Register) - 全局大脑

2.2 ADCx_GC (General Control) - 功能开关

2.3 ADCx_HCn (Heap Command/Control) - 发令枪

2.4 ADCx_R0 (Data Result) - 终点

3. 从 HAL 到寄存器的代码重构实战

3.1 初始化配置 (Initialization)

3.2 硬件自校准 (Auto-Calibration)

3.3 触发转换与中断读取

4. 总结

附录

1. ADCx_CFG (Configuration Register)

2. ADCx_GC (General Control Register)

3. ADCx_GS (General Status Register)

4. ADCx_HCn (Control register for hardware triggers)

5. ADCx_Rn (Data Result Register)

6. ADCx_HS (Status Register)

附录2

附录3 Polling（轮询） vs Interrupt（中断）版本概要

详细差异对比表

代码逻辑差异深度分析

1) 触发转换的区别（HC 寄存器）

2) 等待机制的区别（Busy-Wait vs. Interrupt-Wait）

3) 读取数据的时机与位置

总结

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