嵌入式linux IIO驱动

IIO子系统简介

        我们一般搜索IIO子系统，就会发现大多数讲的都是ADC，这是因为IIO就是为ADC类传感器准备的，当然了DAC也是可以的，我们常用的陀螺仪，加速度计，电压/电流测量芯片等内部都是有个ADC，内部ADC将原始的模拟数据转换为数字量，然后通过其他的通信接口，比如IIC，SPI等传输给SOC。

        因此，我们使用的传感器本质是ADC和DAC器件的时候，我们可以优先考虑使用IIO驱动框架。

1，iio_dev结构体

        IIO子系统使用结构体iio_dev来描述一个IIO设备，此设备结构体定义在include/linux/iio/iio.h  文件中，结构体内容如下(有省略)： 

     

 我们需要看一下比较重要的几个成员变量：

第 477 行，modes 为设备支持的模式，可选择的模式如下图所示，我们通常选择的是第一个模式

 第 478 行，currentmode 为当前模式。

第 483 行，buffer 为缓冲区。

第 484 行，buffer_list 为当前匹配的缓冲区列表。

第 485 行，scan_bytes 为捕获到，并且提供给缓冲区的字节数。

第 488 行，available_scan_masks 为可选的扫描位掩码，使用触发缓冲区的时候可以通过设置掩码来确定使能哪些通道，使能以后的通道会将捕获到的数据发送到 IIO 缓冲区。

第 490 行，active_scan_mask 为缓冲区已经开启的通道掩码。只有这些使能了的通道数据才能被发送到缓冲区。

第 491 行，scan_timestamp 为扫描时间戳，如果使能以后会将捕获时间戳放到缓冲区里面。

第 493 行，trig 为 IIO 设备当前触发器，当使用缓冲模式的时候。

第 494 行，pollfunc 为一个函数，在接收到的触发器上运行。

第 496 行，channels 为 IIO 设备通道，为 iio_chan_spec 结构体类型，后面会详细讲解 IIO通道。

第 497 行，num_channels 为 IIO 设备的通道数。

第 501 行，name 为 IIO 设备名字。

第 502 行， info为iio_info结构体类型，这个结构体里面有很多的函数，需要驱动开发人员编写，非常重要！我们从用户空间读取IIO设备内部数据，最终调用的就是iio_info里面的函数。

第 504 行， setup_ops 为 iio_buffer_setup_ops 结构体类型，内容如下：

         可以看出 iio_buffer_setup_ops 里面都是一些回调函数，在使能或禁用缓冲区的时候会调用这些函数。如果未指定的话就默认使用 iio_triggered_buffer_setup_ops。

2，iio_dev申请与释放

        在使用之前肯定要先申请iio_dev，申请函数为iio_device_alloc，函数原型如下：

         sizeof_priv：私有数据内存空间大小，一般我们会将我们自己定义的设备结构体变量作为iio_dev的私有数据，这样可以直接通过iio_device_alloc函数同时完iio_dev和设备结构体变量的内存申请。申请成功后，我们可以私有iio_priv函数来得到自定义的设备结构体变量首地址。

        返回值：如果申请成功就返回iio_dev首地址，失败返回NULL

        一般iio_device_alloc和iio_priv之间的配合使用如下：

 第 1 行，icm20608_dev 是自定义的设备结构体。

第 2 行， indio_dev 是 iio_dev 结构体变量指针。也就是我们要申请的变量。

第 5 行，使用 iio_device_alloc 函数来申请 iio_dev ，并且一起申请了 icm2060_dev 的内存。

第 10 行， 使用 iio_priv 函数从 iio_dev 中提取出私有数据 ，也就是 icm2608_dev 这个自定义结构体变量首地址。

        如果要释放iio_dev，需要使用iio_device_free函数，原型如下：

         也可以使用devm_iio_device_alloc来分配iio_dev，这样就不需要我们手动调用iio_device_free函数来完成iio_dev的释放工作。

3，iio_dev注册和注销

        前面分配好iio_dev以后就要初始化各种成员变量，初始化完成以后就需要将iio_dev祖册到内核中，需要用到iio_device_register函数，函数原型如下：

        indio_dev：需要注册的iio_dev

        返回值：0，成功；其他值，失败；

        注销iio_dev对应的iio_device_unregister函数，函数原型如下：

 iio_info

        iio_dev有一个成员变量：info，为iio_info结构体指针变量，这个是我们在编写IIO驱动的时候需要去实现的，因为用户空间对设备的具体操作都会反映到iio_info里面。iio_info结构体定义在include/linux/iio/iio.h 中，结构体定义如下：

 第 355 行，attrs 是通用的设备属性。

第 357 和 370 行，分别为 read_raw 和 write_raw 函数，这两个函数就是最终读写设备内部数据的操作函数，需要程序编写人员去实现的。比如应用读取一个陀螺仪传感器的原始数据，那么最终完成工作就是read_raw函数，我们需要在read_raw函数里面实现对陀螺仪芯片的读取操作，同理，write_rad是应用程序向陀螺仪写数据，一般用于配置芯片，比如量程，数据速率等。这两个函数的参数都是一样的，我们依次来看一下：

        

        indio_dev：需要读写的IIO设备

        

        chan：需要读取的通道

        val，val2：对于read_raw函数来说val和val2这两个就是应用程序从内核空间读取到数据，一般就是传感器指定通道值，或者传感器的量程，分辨率等。对write_raw来说就是应用程序向设备写数据。 val 和 val2 共同组成具体值，val 是整数部分，val2 是小数部分。 但是， val2 也是对具体的小数部分扩大 N 倍后的整数值，因为不能直接从内核向应用程序返回一个小数值。 扩大的倍数我们不能随便设置，而是要使用 Linux 定义的倍数，Linux 内核里面定义的数据扩大倍数，或者说数据组合形式如下表所示：

        mask：掩码，用于指定我们读取的是什么数据，比如ICM20608这样的传感器，他既有原始的测量数据，比如 X,Y,Z 轴的陀螺仪、加速度计等。也有测量范围值，或者分辨率，比如加速度计测量范围设置为（正负）16g，那么分辨率就是32/65536=0.000488，我们只有读出原始值，分辨率。linux内核使用 IIO_CHAN_INFO_RAW 和 IIO_CHAN_INFO_SCALE 这两个宏来表示原始值以及分辨率，这两个宏就是掩码。至于每个通道可以采用哪几种掩码，这个在我们初始化通道的时候需要驱动编写人员设置好。掩码有很多种，稍后讲解 IIO 通道的时候详细讲解！

第 376 行的 write_raw_get_fmt 用于设置用户空间向内核空间写入的数据格式，write_raw_get_fmt 函数决定了 wtite_raw 函数中 val 和 val2 的意义也就是上面表中的组合形式。比如我们需要在应用程序中设置ICM20608加速度计的量程为（正负）8g，那么分辨率就是16/65536=0.000244，我们再write_raw_get_fmt函数里面设置加速度计的护具格式为IIO_VAL_INT_PLUS_MICRO。那么我们再应用程序向指定文件写入0.000244以后，最终传递给内核驱动的就是0.000244*1000000=244，也就是write_raw函数的val参数为0，val2参数为244。（主要就是内核空间和用户空间之间不能传递小数，前面的组合形式都是为了将小数扩大进行两者之间的传输，当设置为上面表中的组合形式，那么小数就会被自动扩大成整数进行两着之间传输，传入完成后内核空间或者用户空间自动将其变为小数）

iio_chan_spec

        IIO的核心就是通道，一个传感器可能有多路数据，比如一个ADC芯片支持8路采集，那么这个ADC就有8个通道。例如ICM20608，这是一个六轴传感器，可以输出三轴陀螺仪(X、Y、Z)、三轴加速度计(X、Y、Z)和一路温度，也就是一共有7路数据，因此就有7个通道。

        Linux 内核使用 iio_chan_spec 结构体来描述通道，定义在 include/linux/iio/iio.h 文件中，内容如下：

第 224 行，type 为通道类型， iio_chan_type 是一个枚举类型，列举出了可以选择的通道类型，定义在 include/uapi/linux/iio/types.h 文件里面，内容如下：

         像是ICM20608，是一种复合类型的了，陀螺仪部分是 IIO_ANGL_VEL 类型加速度计部分是 IIO_ACCEL 类型，温度部分就是 IIO_TEMP。

第 226 行，当成员变量 modified 为 1 的时候， channel2 为通道修饰符 。 Linux 内核给出了可用的通道修饰符，定义在 include/uapi/linux/iio/types.h 文件里面。

         比如ICM20608的加速度计部分，类型设置为IIO_ACCEL，X,Y,Z这三个轴就用channel2的通道修饰符来区分。IIO_MOD_X、IIO_MOD_Y、IIO_MOD_Z 就分别对应 X、Y、Z 这三个轴。通道修饰符主要是影响 sysfs 下的通道文件名字，后面我们会讲解 sysfs 下通道文件名字组成形式。

第 227 行的 address 成员变量用户可以自定义，但是一般会设置为此通道对应的芯片数据寄存器地址 。比如 ICM20608 的加速度计 X 轴这个通道，它的数据首地址就是 0X3B。address 也可以用作其他功能，自行选择，也可以不使用 address，一切以实 际情况为准。

 第 228 行，当使用触发缓冲区的时候，scan_index 是扫描索引。

 第 229~236，scan_type 是一个结构体，描述了扫描数据在缓冲区中的存储格式。我们依次来看一下 scan_type 各个成员变量的涵义：

        .sign：如果为‘u’表示数据为无符号类型，为‘s’的话为有符号类型。

        .realbits：数据真实的有效位数，比如很多传感器说的 10 位 ADC，其真实有效数据就是 10 位。

      .storagebits：存储位数，有效位数+填充位。比如有些传感器 ADC 是 12 位的，那么我们存储的话肯定要用到 2 个字节，也就是 16 位，这 16 位就是存储位数。

        .shift: 右移位数，也就是存储位数和有效位数不一致的时候，需要右移的位数，这个参数不总是需要，一切以实际芯片的数据手册位数。

        .repeat：实际或存储位的重复数量。

        .endianness: 数据的大小端模式，可设置为 IIO_CPU、IIO_BE(大端)或 IIO_LE(小端)。

第 237 行， info_mask_separate 标记某些属性专属于此通道 ， include/linux/iio/types.h 文件中的 iio_chan_info_enum 枚举类型描述了可选的属性值，如下所示：

         比如ICM20608加速度计的X,Y,Z这三个轴，在sysfs下这三个轴肯定是对应三个不同的文件，我们通过读取这三个文件就能得到每个轴的原始数据。IIO_CHAN_INFO_RAW这个属性表示原始数据，当我们配置X,Y,Z，这是三个通道的时候，在info_mask_separate中使能IIO_CHAN_INFO_RAW这个属性，那么就表示在sysfs下生成三个不同的文件分别对应X,Y，Z轴，这三个轴的IIO_CHAN_INFO_RAW属性是相互独立的。

第 238 行，info_mask_shared_by_type 标记导出的信息由相同类型的通道共享。也就是 .type 成员变量相同的通道。比如 ICM20608 加速度计的 X、Y、Z 轴他们的 type 都是 IIO_ACCEL，也就是类型相同。而这三个轴的分辨率(量程)是一样的，那么在配置这三个通道的时候就可以在 info_mask_shared_by_type 中使能 IIO_CHAN_INFO_SCALE 这个属性，表示这三个通道的分辨率是共用的，这样在 sysfs 下就会只生成一个描述分辨率的文件，这三个通道都可以使用这一个分辨率文件。

第 246 行， modified 为 1 的时候， channel2 为通道修饰符。

第 247 行， indexed 为 1 的时候， channel 为通道索引。

第 248 行，output 表示为输出通道。

第 249 行， differential 表示为差分通道。

IIO驱动框架搭建

        由上面分析IIO子系统的时候大家已经看出来了，IIO驱动框架主要是用于ADC类的传感器，比如陀螺仪、加速度计、磁力计、光强度计等，这些传感器基本都是 IIC 或者 SPI 接口的。因此 IIO 驱动的基础框架就是 IIC 或者 SPI。有些 SOC 内部的 ADC 也会使用 IIO 框架，那么这个时候驱动的基础框架 就是 platfrom。

        首先我们需要搭建SPI（IIC）驱动框架，当设备和驱动匹配成功之后，probe函数就会执行。

IIO 设备申请与初始化

        IIO 设备的申请、初始化以及注册在 probe 函数中完成，在注销驱动的时候还需要在 remove函数中注销掉 IIO 设备、释放掉申请的一些内存。