Quelle  ug3105_battery.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
/*
 * Battery monitor driver for the uPI uG3105 battery monitor
 *
 * Note the uG3105 is not a full-featured autonomous fuel-gauge. Instead it is
 * expected to be use in combination with some always on microcontroller reading
 * its coulomb-counter before it can wrap (must be read every 400 seconds!).
 *
 * Since Linux does not monitor coulomb-counter changes while the device
 * is off or suspended, the coulomb counter is not used atm.
 *
 * Possible improvements:
 * 1. Activate commented out total_coulomb_count code
 * 2. Reset total_coulomb_count val to 0 when the battery is as good as empty
 *    and remember that we did this (and clear the flag for this on susp/resume)
 * 3. When the battery is full check if the flag that we set total_coulomb_count
 *    to when the battery was empty is set. If so we now know the capacity,
 *    not the design, but actual capacity, of the battery
 * 4. Add some mechanism (needs userspace help, or maybe use efivar?) to remember
 *    the actual capacity of the battery over reboots
 * 5. When we know the actual capacity at probe time, add energy_now and
 *    energy_full attributes. Guess boot + resume energy_now value based on ocv
 *    and then use total_coulomb_count to report energy_now over time, resetting
 *    things to adjust for drift when empty/full. This should give more accurate
 *    readings, esp. in the 30-70% range and allow userspace to estimate time
 *    remaining till empty/full
 * 6. Maybe unregister + reregister the psy device when we learn the actual
 *    capacity during run-time ?
 *
 * The above will also require some sort of mwh_per_unit calculation. Testing
 * has shown that an estimated 7404mWh increase of the battery's energy results
 * in a total_coulomb_count increase of 3277 units with a 5 milli-ohm sense R.
 *
 * Copyright (C) 2021 Hans de Goede <hdegoede@redhat.com>
 */

#include <linux/devm-helpers.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>
#include <linux/power_supply.h>
#include <linux/workqueue.h>

#define UG3105_MOV_AVG_WINDOW     8
#define UG3105_INIT_POLL_TIME     (5 * HZ)
#define UG3105_POLL_TIME     (30 * HZ)
#define UG3105_SETTLE_TIME     (1 * HZ)

#define UG3105_INIT_POLL_COUNT     30

#define UG3105_REG_MODE      0x00
#define UG3105_REG_CTRL1     0x01
#define UG3105_REG_COULOMB_CNT     0x02
#define UG3105_REG_BAT_VOLT     0x08
#define UG3105_REG_BAT_CURR     0x0c

#define UG3105_MODE_STANDBY     0x00
#define UG3105_MODE_RUN      0x10

#define UG3105_CTRL1_RESET_COULOMB_CNT    0x03

#define UG3105_CURR_HYST_UA     65000

#define UG3105_LOW_BAT_UV     3700000
#define UG3105_FULL_BAT_HYST_UV     38000

#define AMBIENT_TEMP_CELCIUS     25

struct ug3105_chip {
 struct i2c_client *client;
 struct power_supply *psy;
 struct delayed_work work;
 struct mutex lock;
 int ocv[UG3105_MOV_AVG_WINDOW];  /* micro-volt */
 int intern_res[UG3105_MOV_AVG_WINDOW]; /* milli-ohm */
 int poll_count;
 int ocv_avg_index;
 int ocv_avg;    /* micro-volt */
 int intern_res_poll_count;
 int intern_res_avg_index;
 int intern_res_avg;   /* milli-ohm */
 int volt;    /* micro-volt */
 int curr;    /* micro-ampere */
 int total_coulomb_count;
 int uv_per_unit;
 int ua_per_unit;
 int status;
 int capacity;
 bool supplied;
};

static int ug3105_read_word(struct i2c_client *client, u8 reg)
{
 int val;

 val = i2c_smbus_read_word_data(client, reg);
 if (val < 0)
  dev_err(&client->dev, "Error reading reg 0x%02x\n", reg);

 return val;
}

static int ug3105_get_status(struct ug3105_chip *chip)
{
 int full = chip->psy->battery_info->constant_charge_voltage_max_uv -
     UG3105_FULL_BAT_HYST_UV;

 if (chip->curr > UG3105_CURR_HYST_UA)
  return POWER_SUPPLY_STATUS_CHARGING;

 if (chip->curr < -UG3105_CURR_HYST_UA)
  return POWER_SUPPLY_STATUS_DISCHARGING;

 if (chip->supplied && chip->ocv_avg > full)
  return POWER_SUPPLY_STATUS_FULL;

 return POWER_SUPPLY_STATUS_NOT_CHARGING;
}

static void ug3105_work(struct work_struct *work)
{
 struct ug3105_chip *chip = container_of(work, struct ug3105_chip,
      work.work);
 int i, val, curr_diff, volt_diff, res, win_size;
 bool prev_supplied = chip->supplied;
 int prev_status = chip->status;
 int prev_volt = chip->volt;
 int prev_curr = chip->curr;
 struct power_supply *psy;

 mutex_lock(&chip->lock);

 psy = chip->psy;
 if (!psy)
  goto out;

 val = ug3105_read_word(chip->client, UG3105_REG_BAT_VOLT);
 if (val < 0)
  goto out;
 chip->volt = val * chip->uv_per_unit;

 val = ug3105_read_word(chip->client, UG3105_REG_BAT_CURR);
 if (val < 0)
  goto out;
 chip->curr = (s16)val * chip->ua_per_unit;

 chip->ocv[chip->ocv_avg_index] =
  chip->volt - chip->curr * chip->intern_res_avg / 1000;
 chip->ocv_avg_index = (chip->ocv_avg_index + 1) % UG3105_MOV_AVG_WINDOW;
 chip->poll_count++;

 /*
 * See possible improvements comment above.
 *
 * Read + reset coulomb counter every 10 polls (every 300 seconds)
 * if ((chip->poll_count % 10) == 0) {
 * val = ug3105_read_word(chip->client, UG3105_REG_COULOMB_CNT);
 * if (val < 0)
 * goto out;
 *
 * i2c_smbus_write_byte_data(chip->client, UG3105_REG_CTRL1,
 *   UG3105_CTRL1_RESET_COULOMB_CNT);
 *
 * chip->total_coulomb_count += (s16)val;
 * dev_dbg(&chip->client->dev, "coulomb count %d total %d\n",
 * (s16)val, chip->total_coulomb_count);
 * }
 */

 chip->ocv_avg = 0;
 win_size = min(chip->poll_count, UG3105_MOV_AVG_WINDOW);
 for (i = 0; i < win_size; i++)
  chip->ocv_avg += chip->ocv[i];
 chip->ocv_avg /= win_size;

 chip->supplied = power_supply_am_i_supplied(psy);
 chip->status = ug3105_get_status(chip);
 if (chip->status == POWER_SUPPLY_STATUS_FULL)
  chip->capacity = 100;
 else
  chip->capacity = power_supply_batinfo_ocv2cap(chip->psy->battery_info,
             chip->ocv_avg,
             AMBIENT_TEMP_CELCIUS);

 /*
 * Skip internal resistance calc on charger [un]plug and
 * when the battery is almost empty (voltage low).
 */
 if (chip->supplied != prev_supplied ||
     chip->volt < UG3105_LOW_BAT_UV ||
     chip->poll_count < 2)
  goto out;

 /*
 * Assuming that the OCV voltage does not change significantly
 * between 2 polls, then we can calculate the internal resistance
 * on a significant current change by attributing all voltage
 * change between the 2 readings to the internal resistance.
 */
 curr_diff = abs(chip->curr - prev_curr);
 if (curr_diff < UG3105_CURR_HYST_UA)
  goto out;

 volt_diff = abs(chip->volt - prev_volt);
 res = volt_diff * 1000 / curr_diff;

 if ((res < (chip->intern_res_avg * 2 / 3)) ||
     (res > (chip->intern_res_avg * 4 / 3))) {
  dev_dbg(&chip->client->dev, "Ignoring outlier internal resistance %d mOhm\n", res);
  goto out;
 }

 dev_dbg(&chip->client->dev, "Internal resistance %d mOhm\n", res);

 chip->intern_res[chip->intern_res_avg_index] = res;
 chip->intern_res_avg_index = (chip->intern_res_avg_index + 1) % UG3105_MOV_AVG_WINDOW;
 chip->intern_res_poll_count++;

 chip->intern_res_avg = 0;
 win_size = min(chip->intern_res_poll_count, UG3105_MOV_AVG_WINDOW);
 for (i = 0; i < win_size; i++)
  chip->intern_res_avg += chip->intern_res[i];
 chip->intern_res_avg /= win_size;

out:
 mutex_unlock(&chip->lock);

 queue_delayed_work(system_wq, &chip->work,
      (chip->poll_count <= UG3105_INIT_POLL_COUNT) ?
     UG3105_INIT_POLL_TIME : UG3105_POLL_TIME);

 if (chip->status != prev_status && psy)
  power_supply_changed(psy);
}

static enum power_supply_property ug3105_battery_props[] = {
 POWER_SUPPLY_PROP_STATUS,
 POWER_SUPPLY_PROP_PRESENT,
 POWER_SUPPLY_PROP_SCOPE,
 POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_NOW,
 POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_OCV,
 POWER_SUPPLY_PROP_CURRENT_NOW,
 POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY,
};

static int ug3105_get_property(struct power_supply *psy,
          enum power_supply_property psp,
          union power_supply_propval *val)
{
 struct ug3105_chip *chip = power_supply_get_drvdata(psy);
 int ret = 0;

 mutex_lock(&chip->lock);

 if (!chip->psy) {
  ret = -EAGAIN;
  goto out;
 }

 switch (psp) {
 case POWER_SUPPLY_PROP_STATUS:
  val->intval = chip->status;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_PRESENT:
  val->intval = 1;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_SCOPE:
  val->intval = POWER_SUPPLY_SCOPE_SYSTEM;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_NOW:
  ret = ug3105_read_word(chip->client, UG3105_REG_BAT_VOLT);
  if (ret < 0)
   break;
  val->intval = ret * chip->uv_per_unit;
  ret = 0;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_OCV:
  val->intval = chip->ocv_avg;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_CURRENT_NOW:
  ret = ug3105_read_word(chip->client, UG3105_REG_BAT_CURR);
  if (ret < 0)
   break;
  val->intval = (s16)ret * chip->ua_per_unit;
  ret = 0;
  break;
 case POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY:
  val->intval = chip->capacity;
  break;
 default:
  ret = -EINVAL;
 }

out:
 mutex_unlock(&chip->lock);
 return ret;
}

static void ug3105_external_power_changed(struct power_supply *psy)
{
 struct ug3105_chip *chip = power_supply_get_drvdata(psy);

 dev_dbg(&chip->client->dev, "external power changed\n");
 mod_delayed_work(system_wq, &chip->work, UG3105_SETTLE_TIME);
}

static const struct power_supply_desc ug3105_psy_desc = {
 .name  = "ug3105_battery",
 .type  = POWER_SUPPLY_TYPE_BATTERY,
 .get_property = ug3105_get_property,
 .external_power_changed = ug3105_external_power_changed,
 .properties = ug3105_battery_props,
 .num_properties = ARRAY_SIZE(ug3105_battery_props),
};

static void ug3105_init(struct ug3105_chip *chip)
{
 chip->poll_count = 0;
 chip->ocv_avg_index = 0;
 chip->total_coulomb_count = 0;
 i2c_smbus_write_byte_data(chip->client, UG3105_REG_MODE,
      UG3105_MODE_RUN);
 i2c_smbus_write_byte_data(chip->client, UG3105_REG_CTRL1,
      UG3105_CTRL1_RESET_COULOMB_CNT);
 queue_delayed_work(system_wq, &chip->work, 0);
 flush_delayed_work(&chip->work);
}

static int ug3105_probe(struct i2c_client *client)
{
 struct power_supply_config psy_cfg = {};
 struct device *dev = &client->dev;
 u32 curr_sense_res_uohm = 10000;
 struct power_supply *psy;
 struct ug3105_chip *chip;
 int ret;

 chip = devm_kzalloc(dev, sizeof(*chip), GFP_KERNEL);
 if (!chip)
  return -ENOMEM;

 chip->client = client;
 mutex_init(&chip->lock);
 ret = devm_delayed_work_autocancel(dev, &chip->work, ug3105_work);
 if (ret)
  return ret;

 psy_cfg.drv_data = chip;
 psy = devm_power_supply_register(dev, &ug3105_psy_desc, &psy_cfg);
 if (IS_ERR(psy))
  return PTR_ERR(psy);

 if (!psy->battery_info ||
     psy->battery_info->factory_internal_resistance_uohm == -EINVAL ||
     psy->battery_info->constant_charge_voltage_max_uv == -EINVAL ||
     !psy->battery_info->ocv_table[0]) {
  dev_err(dev, "error required properties are missing\n");
  return -ENODEV;
 }

 device_property_read_u32(dev, "upisemi,rsns-microohm", &curr_sense_res_uohm);

 /*
 * DAC maximum is 4.5V divided by 65536 steps + an unknown factor of 10
 * coming from somewhere for some reason (verified with a volt-meter).
 */
 chip->uv_per_unit = 45000000/65536;
 /* Datasheet says 8.1 uV per unit for the current ADC */
 chip->ua_per_unit = 8100000 / curr_sense_res_uohm;

 /* Use provided internal resistance as start point (in milli-ohm) */
 chip->intern_res_avg = psy->battery_info->factory_internal_resistance_uohm / 1000;
 /* Also add it to the internal resistance moving average window */
 chip->intern_res[0] = chip->intern_res_avg;
 chip->intern_res_avg_index = 1;
 chip->intern_res_poll_count = 1;

 mutex_lock(&chip->lock);
 chip->psy = psy;
 mutex_unlock(&chip->lock);

 ug3105_init(chip);

 i2c_set_clientdata(client, chip);
 return 0;
}

static int __maybe_unused ug3105_suspend(struct device *dev)
{
 struct ug3105_chip *chip = dev_get_drvdata(dev);

 cancel_delayed_work_sync(&chip->work);
 i2c_smbus_write_byte_data(chip->client, UG3105_REG_MODE,
      UG3105_MODE_STANDBY);

 return 0;
}

static int __maybe_unused ug3105_resume(struct device *dev)
{
 struct ug3105_chip *chip = dev_get_drvdata(dev);

 ug3105_init(chip);

 return 0;
}

static SIMPLE_DEV_PM_OPS(ug3105_pm_ops, ug3105_suspend,
   ug3105_resume);

static const struct i2c_device_id ug3105_id[] = {
 { "ug3105" },
 { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, ug3105_id);

static struct i2c_driver ug3105_i2c_driver = {
 .driver = {
  .name = "ug3105",
  .pm = &ug3105_pm_ops,
 },
 .probe = ug3105_probe,
 .id_table = ug3105_id,
};
module_i2c_driver(ug3105_i2c_driver);

MODULE_AUTHOR("Hans de Goede );
MODULE_DESCRIPTION("uPI uG3105 battery monitor driver");
MODULE_LICENSE("GPL");