Linux ARM平台开发系列讲解（IIO子系统） 2.8.1 IIO驱动开发分析

IIO 结构体用于子系统 iio_dev 来描述一个具体 IIO 该设备的结构体定义为include/linux/iio/iio.h 结构体内容如下(省略):

struct iio_dev { 
          int    id;  struct module   *driver_module;   int    modes;  int    currentmode;  struct device   dev;   struct iio_buffer  *buffer;  int    scan_bytes;  struct mutex   mlock;   const unsigned long  *available_scan_masks;  unsigned   masklength;  const unsigned long  *active_scan_mask;  bool    scan_timestamp;  unsigned   scan_index_timestamp;  struct iio_trigger  *trig;  bool    trig_readonly;  struct iio_poll_func  *pollfunc;  struct iio_poll_func  *pollfunc_event;   struct iio_chan_spec const *channels;  int    num_channels;   const char   *name;  const char   *label;  const struct iio_info  *info;  clockid_t   clock_id;  struct mutex			info_exist_lock;
	const struct iio_buffer_setup_ops	*setup_ops;
	struct cdev			chrdev;
#define IIO_MAX_GROUPS 6
	const struct attribute_group	*groups[IIO_MAX_GROUPS + 1];
	int				groupcounter;

	unsigned long			flags;
	void				*priv;
};

其中，有几个常用变量解析如下：

• mode：设备支持的模式

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

struct iio_dev *iio_device_alloc(int sizeof_priv)

函数参数和返回值含义如下：

• sizeof_priv：私有数据内存空间大小，一般我们会将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 函数同时完成 iio_dev 和设备结构体变量的内 存申请。申请成功以后使用 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，如果失败就返回 NULL。 一般 iio_device_alloc 和 iio_priv 之间的配合使用如下所示：

struct icm20608_dev *dev; 
struct iio_dev *indio_dev; 
/* 1、申请 iio_dev 内存 */
indio_dev = iio_device_alloc(sizeof(*dev));
if (!indio_dev)
	return -ENOMEM; 
/* 2、获取设备结构体变量地址 */
dev = iio_priv(indio_dev);

• icm20608_dev 是自定义的设备结构体。
• indio_dev 是 iio_dev 结构体变量指针。
• 使用 iio_device_alloc 函数来申请 iio_dev，并且一起申请了 icm2060_dev 的内存。
• 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，函数原型如下：

void iio_device_free(struct iio_dev *indio_dev)

函数参数和返回值含义如下：

• indio_dev：需要释放的 iio_dev。
• 返回值：无。

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 函数完成 iio_dev 的释放工作。

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 注册到内核中，需要用到 iio_device_register 函数，函数原型如下：

int iio_device_register(struct iio_dev *indio_dev)

函数参数和返回值含义如下：

• indio_dev：需要注册的 iio_dev。
• 返回值：0，成功；其他值，失败。

如果要注销 iio_dev 使用 iio_device_unregister 函数，函数原型如下：

void iio_device_unregister(struct iio_dev *indio_dev)

函数参数和返回值含义如下：

• indio_dev：需要注销的 iio_dev。
• 返回值：0，成功；其他值，失败。

iio_dev 有个成员变量：info，为 iio_info 结构体指针变量，这个是我们在编写 IIO 驱动的时 候需要着重去实现的，因为用户空间对设备的具体操作最终都会反映到 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(有省略)：

struct iio_info { 
        
	struct module *driver_module;
	struct attribute_group *event_attrs;
	const struct attribute_group *attrs;
	int (*read_raw)(struct iio_dev *indio_dev,struct iio_chan_spec const *chan,int *val,int *val2,long mask);
	int (*write_raw)(struct iio_dev *indio_dev,struct iio_chan_spec const *chan,int val,int val2,long mask);
	int (*write_raw_get_fmt)(struct iio_dev *indio_dev,struct iio_chan_spec const *chan,long mask);
};

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。我们本章实验用到的 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。注意，三轴陀螺仪或加速度计的 X、Y、Z 这三个轴，每个轴都算一个通道。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：

struct iio_chan_spec { 
        
	enum iio_chan_type	type;
	int			channel;
	int			channel2;
	unsigned long		address;
	int			scan_index;
	struct { 
        
		char	sign;
		u8	realbits;
		u8	storagebits;
		u8	shift;
		u8	repeat;
		enum iio_endian endianness;
	} scan_type;
	long			info_mask_separate;
	long			info_mask_separate_available;
	long			info_mask_shared_by_type;
	long			info_mask_shared_by_type_available;
	long			info_mask_shared_by_dir;
	long			info_mask_shared_by_dir_available;
	long			info_mask_shared_by_all;
	long			info_mask_shared_by_all_available;
	const struct iio_event_spec *event_spec;
	unsigned int		num_event_specs;
	const struct iio_chan_spec_ext_info *ext_info;
	const char		*extend_name;
	const char		*datasheet_name;
	unsigned		modified:1;
	unsigned		indexed:1;
	unsigned		output:1;
	unsigned		differential:1;
};

iio_chan_spec 结构体中一些比较重要的成员变量：

• 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：

enum iio_chan_type { 
         
	IIO_VOLTAGE, /* 电压类型 */
	IIO_CURRENT, /* 电流类型 */
	IIO_POWER, /* 功率类型 */
	IIO_ACCEL, /* 加速度类型 */
	IIO_ANGL_VEL, /* 角度类型(陀螺仪) */
	IIO_MAGN, /* 电磁类型(磁力计) */
	IIO_LIGHT, /* 灯光类型 */
	IIO_INTENSITY, /* 强度类型(光强传感器) */
	IIO_PROXIMITY, /* 接近类型(接近传感器) */
	IIO_TEMP, /* 温度类型 */
	IIO_INCLI, /* 倾角类型(倾角测量传感器) */
	IIO_ROT, /* 旋转角度类型 */
	IIO_ANGL, /* 转动角度类型(电机旋转角度测量传感器) */
	IIO_TIMESTAMP, /* 时间戳类型 */
	IIO_CAPACITANCE, /* 电容类型 */
	IIO_ALTVOLTAGE, /* 频率类型 */
	IIO_CCT, /* 笔者暂时未知的类型 */
	IIO_PRESSURE, /* 压力类型 */ 
	IIO_HUMIDITYRELATIVE, /* 湿度类型 */
	IIO_ACTIVITY, /* 活动类型(计步传感器) */
	IIO_STEPS, /* 步数类型 */
	IIO_ENERGY, /* 能量类型(卡路里) */
	IIO_DISTANCE, /* 距离类型 */
	IIO_VELOCITY, /* 速度类型 */
};

从示例代码可以看出，目前 Linux 内核支持的传感器类型非常丰富，而且支持类型也会不断的增加。如果是 ADC，那就是 IIO_VOLTAGE 类型。如果是 ICM20608 这样的多轴传感器，那么就是复合类型了，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。

• indexed 为 1时候，channel 为通道索引
• 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，内容如下(有省略)

enum iio_modifier { 
        
	IIO_NO_MOD,
	IIO_MOD_X, /* X 轴 */
	IIO_MOD_Y, /* Y 轴 */
	IIO_MOD_Z, /* Z 轴 */
};

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。

• 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。

• 当使用触发缓冲区的时候，scan_index 是扫描索引。

• 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：

  • scan_type.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。
  • scan_type.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。
  • scan_type.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。
  • scan_type.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。
  • scan_type.repeat：实际或存储位的重复数量。
  • scan_type.endianness:数据的大小端模式，可设置为 IIO_CPU、IIO_BE(大端)或 IIO_LE(小 端)。

• 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：

enum iio_chan_info_enum { 
        
	IIO_CHAN_INFO_RAW = 0,
	IIO_CHAN_INFO_PROCESSED,
	IIO_CHAN_INFO_SCALE,
	IIO_CHAN_INFO_OFFSET,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBSCALE,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBBIAS,
	IIO_CHAN_INFO_PEAK,
	IIO_CHAN_INFO_PEAK_SCALE,
	IIO_CHAN_INFO_QUADRATURE_CORRECTION_RAW,
	IIO_CHAN_INFO_AVERAGE_RAW,
	IIO_CHAN_INFO_LOW_PASS_FILTER_3DB_FREQUENCY,
	IIO_CHAN_INFO_HIGH_PASS_FILTER_3DB_FREQUENCY,
	IIO_CHAN_INFO_SAMP_FREQ,
	IIO_CHAN_INFO_FREQUENCY,
	IIO_CHAN_INFO_PHASE,
	IIO_CHAN_INFO_HARDWAREGAIN,
	IIO_CHAN_INFO_HYSTERESIS,
	IIO_CHAN_INFO_INT_TIME,
	IIO_CHAN_INFO_ENABLE,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBHEIGHT,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBWEIGHT,
	IIO_CHAN_INFO_DEBOUNCE_COUNT,
	IIO_CHAN_INFO_DEBOUNCE_TIME,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBEMISSIVITY,
	IIO_CHAN_INFO_OVERSAMPLING_RATIO,
	IIO_CHAN_INFO_THERMOCOUPLE_TYPE,
	IIO_CHAN_INFO_CALIBAMBIENT,
};

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，当我们在配置 X、Y、Z 这三个通道的时候，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。

• 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iio_chan_spec.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。
• info_mask_shared_by_dir 标记某些导出的信息由相同方向的通道共享。
• info_mask_shared_by_all 表设计某些信息所有的通道共享，无论这些通道的类型、方向如何，全部共享。
• modified 为 1 的时候，channel2 为通道修饰符。
• indexed 为 1 的时候，channel 为通道索引。
• output 表示为输出通道。
• differential 表示为差分通道。

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