ESM7000是英創(chuàng)基于i.MX7D處理器開發(fā)的低功耗高性能工控主板，支持雙網(wǎng)口、6串口、雙CAN總線接口、PCIe、ISA總線等豐富的通訊接口，支持18-bit并行RGB或LVDS顯示接口。主CPU i.MX7D是NXP推出的異構多核處理器，配置了主頻高達1GHz的ARM Cortex-A7雙核和一顆運行速度240MHz、帶硬件浮點運算的ARM Cortex-M4內核。Linux系統(tǒng)在Cortex-A7核心上運行，對于一些實時性要求極高的應用，Linux系統(tǒng)可能無法滿足對中斷事件的及時響應，而且頻繁的中斷響應也會大大的降低操作系統(tǒng)性能。對這類應用場合就可充分利用i.MX7D異構多核結構，由高性能的Cortex-A7（Linux系統(tǒng)）完成人機交互、數(shù)據(jù)處理、通訊管理等復雜運算，而對于實時的數(shù)據(jù)采集、高速的中斷事件響應等實時任務交由Cotex-M4完成。

旋轉編碼器是工業(yè)領域最常見的傳感器之一，通過對編碼器輸出的A/B脈沖信號個數(shù)及相位的識別，就可以得到精確的轉速或位置信息。以歐姆龍的E6B2系列旋轉編碼器為例，當編碼器分辨率200個脈沖/轉，每分鐘旋轉3000轉時，編碼器輸出脈沖頻率為10KHz，如果將編碼器分辨率提高到2000個脈沖/轉，則編碼器輸出脈沖頻率為100KHz。對于高分辨率旋轉編碼器的支持，通常需要SOC內部具有專門針對編碼器硬件的硬件脈沖計數(shù)器，或通過獨立的單片機來實現(xiàn)。

對于ESM7000工控主板，主CPU i.MX7D內部沒有專門的硬件脈沖計數(shù)器，但我們可充分利用ESM7000的異構CPU結構，由i.MX7D內的Cortex-M4 來對編碼器脈沖信號進行解析和計算，而Linux系統(tǒng)只需要直接從M4處獲取計算結果即可。這樣就將高速中斷的響應和處理全部交給了M4，Linux系統(tǒng)幾乎沒有任何負載。我們在M4上運行了FreeRTOS操作系統(tǒng)，具有很高的實時性，根據(jù)實際測試可以滿足同時兩路100KHz頻率的脈沖輸入。在Linux側設計了相應的驅動程序和提供相應的驅動程序API，為客戶外接高分辨率旋轉編碼器提供了一種快速低成本的解決方案。

接口硬件說明

下面是歐姆龍旋轉編碼器E6B2-CWZ1X輸出的脈沖信號，對于速度或位置監(jiān)測，只需要接入A相和B相信號，如果選擇接入`A /`B相，只需要在軟件設置中將初始電平極性設置為1(高電平)即可。

上圖的左邊是A、B相在編碼器順時針方向旋轉時的波形，其特點是A相脈沖超前B相脈沖90°相位。而圖的右邊是編碼器逆時針旋轉時的波形，此時B相超前A相90°相位。

ESM7000的GPIO僅支持3.3V TTL電平信號輸入，旋轉編碼器的脈沖信號通常需要經(jīng)過隔離及電平轉換電路后，才能接入ESM7000的相應管腳。ESM7000支持兩路旋轉編碼器對應的管腳如下：

編碼器	編碼器信號	ESM7000管腳	簡要說明
旋轉編碼器1		GPIO18	支持最高100KHz脈沖輸入，3.3V TTL電平
		GPIO19
旋轉編碼器2		GPIO20
		GPIO21

接口軟件說明

在ESM7000的Linux系統(tǒng)中，可以通過RPMsg和Crotex-M4進行通訊來獲取相關的信息，關于RPMsg的介紹可以參考《ESM7000異構CPU實時應用之二基于rpmsg的通訊機制》。為了方便使用，英創(chuàng)公司以字符設備的方式提供了相應的驅動文件，加載后會在/dev目錄下生成em_rpmsg_rot0和em_rpmsg_rot1兩個設備節(jié)點，分別對應兩路旋轉編碼器的硬件接口。在驅動中會通過RPMsg和Crotex-M4進行通信以及數(shù)據(jù)的處理，但對于用戶來說是不需要關心的，直接使用標準的字符設備操作函數(shù)即可。驅動會將用戶程序對設備的操作通過RPMsg發(fā)送給Crotex-M4，然后由Crotex-M4實際對硬件執(zhí)行對應的操作，如下圖所示：

驅動文件在系統(tǒng)啟動完成后會自動加載，如下圖：

可以看到在/dev目錄下會生成相應的設備節(jié)點，按照字符設備的操作操作流程，首先需要調用open函數(shù)打開設備節(jié)點，成功后會就返回句柄：

int fd;  
  
fd = open("/dev/em_rpmsg_rot1", O_RDWR);  
if(fd < 0) {  
      printf("open device failed!\n");  
      return fd;  
}

通過返回的句柄，就可以調用write和read函數(shù)來操作設備了，我們使用write函數(shù)用于設置旋轉編碼器的采集，我們一共定義了五種操作，分別是設置正極性，設置負極性，開始，停止以及復位。具體定義以及通過write函數(shù)設置的代碼如下：

#define ROT_POL_NEGATIVE     0        //負極性，初始電平為低  
#define ROT_POL_POSITIVE     1        //正極性，初始電平為高  
#define ROT_START            2        //啟動旋轉編碼器采集  
#define ROT_RESET            3        //復位計數(shù)  
#define ROT_STOP             4        //停止旋轉編碼器采集  
  
int cmd;  
  
//設置負極性    
cmd = ROT_POL_NEGATIVE;    
ret = write(fd, &cmd, sizeof(cmd));    
if(ret < 0) {    
      printf("write cmd failed!\n");    
}    
        
//啟動    
cmd = ROT_START;    
ret = write(fd, &cmd, sizeof(cmd));    
if(ret < 0) {    
      printf("write cmd failed!\n");    
}

當啟動了旋轉編碼器之后，程序中可以通過read函數(shù)來讀取當前的計數(shù)值，計數(shù)值為一個整型數(shù)據(jù)，正負代表方向。根據(jù)計數(shù)值，根據(jù)實際應用的不同就可以計算出位置，角度等數(shù)據(jù)。

int val;  
  
//讀取計數(shù)值，計數(shù)值為一個整型數(shù)據(jù)，正負代表方向  
ret = read(fd, &val, sizeof(int));  
if(ret < 0) {  
      printf("read cmd failed!\n");  
}  
printf("val = %d\n", val);

本文中僅通過旋轉編碼器來獲取位置信息，同樣的方法也可用來實現(xiàn)對轉速的監(jiān)控，感興趣的客戶，可以和英創(chuàng)的工程師聯(lián)系，索取完整的測試代碼。