Linux设备驱动之IIO子系统——IIO框架及IIO数据结构

　　由于需要对ADC进行驱动设计，因此学习了一下Linux驱动的IIO子系统。本文翻译自《Linux Device Drivers Development 》--John Madieu，本人水平有限，若有错误请大家指出。

IIO Framework 

　　工业I / O（IIO）是专用于模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的内核子系统。随着越来越多的具有不同代码实现的传感器（具有模拟到数字或数字到模拟，功能的测量设备）分散在内核源上，收集它们变得必要。这就是IIO框架以通用的方式所做的事情。自2009年以来，Jonathan Cameron和Linux-IIO社区一直在开发它。

 

　　加速度计，陀螺仪，电流/电压测量芯片，光传感器，压力传感器等都属于IIO系列器件。

　　IIO模型基于设备和通道架构：

　　　　l 设备代表芯片本身。它是层次结构的顶级。

　　　　l 通道代表设备的单个采集线。设备可以具有一个或多个通道。例如，加速度计是具有  三个通道的装置，每个通道对应一个轴（X，Y和Z）。

　　IIO芯片是物理和硬件传感器/转换器。它作为字符设备（当支持触发缓冲时）暴露给用户空间，以及包含一组文件的sysfs目录条目，其中一些文件代表通道。单个通道用单个sysfs文件条目表示。

　　下面是从用户空间与IIO驱动程序交互的两种方式：

　　　　l /sys/bus/iio/iio:deviceX/:表示传感器及其通道

　　　　l /dev/iio:deviceX: 表示导出设备事件和数据缓冲区的字符设备

 

 IIO框架架构和布局 

　　上图显示了如何在内核和用户空间之间组织IIO框架。 驱动程序使用IIO核心公开的一组工具和API来管理硬件并向IIO核心报告处理。 然后，IIO子系统通过sysfs接口和字符设备将整个底层机制抽象到用户空间，用户可以在其上执行系统调用。

　　IIO API分布在多个头文件中，如下所示：

 #include <linux/iio/iio.h>    /* mandatory */
#include <linux/iio/sysfs.h>  /* mandatory since sysfs is used */
#include <linux/iio/events.h> /* For advanced users, to manage iio events */
#include <linux/iio/buffer.h> /* mandatory to use triggered buffers */
#include <linux/iio/trigger.h>/* Only if you implement trigger in your driver (rarely used)*/

　　在以下文章中，我们将描述和处理IIO框架的每个概念，例如

　　　　遍历其数据结构（设备，通道等）

　　　　触发缓冲支持和连续捕获，以及其sysfs接口

　　　　探索现有的IIO触发器

　　　　以单次模式或连续模式捕获数据

　　　　列出可用于帮助开发人员测试其设备的可用工具

 

（一）：IIO data structures：IIO数据结构

　　IIO设备在内核中表示为struct iio_dev结构体的一个实例，并由struct iio_info结构体描述。 所有重要的IIO结构都在include/linux/iio/iio.h中定义。

　　iio_dev structure（iio_dev结构）

　　该结构代表IIO设备，描述设备和驱动程序。 它告诉我们：

　　l  设备上有多少个通道？

　　l  设备可以在哪些模式下运行：单次，触发缓冲？

　　l  这个驱动程序可以使用哪些hooks钩子？

struct iio_dev {[...]int modes;int currentmode;struct device dev;struct iio_buffer *buffer;int scan_bytes;const unsigned long *available_scan_masks;const unsigned long *active_scan_mask;bool scan_timestamp;struct iio_trigger *trig;struct iio_poll_func *pollfunc;struct iio_chan_spec const *channels;int num_channels;const char *name;const struct iio_info *info;const struct iio_buffer_setup_ops *setup_ops;struct cdev chrdev;};

完整的结构在IIO头文件中定义。 我们将不感兴趣的字段在此处删除。 

　　 modes: 这表示设备支持的不同模式。 支持的模式有：

　　　　 INDIO_DIRECT_MODE表示设备提供的sysfs接口。

　　　　 INDIO_BUFFER_TRIGGERED表示设备支持硬件触发器。使用iio_triggered_buffer_setup（）函数设置触发缓冲区时，此模式会自动添加到设备中。

　　　　INDIO_BUFFER_HARDWARE表示设备具有硬件缓冲区。

　　　　INDIO_ALL_BUFFER_MODES是上述两者的联合。

　　l  currentmode: 这表示设备实际使用的模式。

　　l  dev: 这表示IIO设备所依赖的struct设备（根据Linux设备型号）。

　　l  buffer: 这是您的数据缓冲区，在使用触发缓冲区模式时会推送到用户空间。 使用iio_triggered_buffer_setup函数启用触发缓冲区支持时，它会自动分配并与您的设备关联。

　　l  scan_bytes: 这是捕获并馈送到缓冲区的字节数。 当从用户空间使用触发缓冲区时，缓冲区应至少为indio-> scan_bytes字节大。

　　l  available_scan_masks: 这是允许的位掩码的可选数组。 使用触发缓冲器时，可以启用通道捕获并将其馈入IIO缓冲区。 如果您不想允许某些通道启用，则应仅使用允许的通道填充此数组。 以下是为加速度计（带有X，Y和Z通道）提供扫描掩码的示例：

/** Bitmasks 0x7 (0b111) and 0 (0b000) are allowed.* It means one can enable none or all of them.* one can't for example enable only channel X and Y*/static const unsigned long my_scan_masks[] = {0x7, 0};
indio_dev->available_scan_masks = my_scan_masks;

l  active_scan_mask: 这是启用通道的位掩码。 只有来自这些通道的数据能被推入缓冲区。 例如，对于8通道ADC转换器，如果只启用第一个（0），第三个（2）和最后一个（7）通道，则位掩码将为0b10000101（0x85）。 active_scan_mask将设置为0x85。 然后，驱动程序可以使用for_each_set_bit宏遍历每个设置位，根据通道获取数据，并填充缓冲区。

l  scan_timestamp: 这告诉我们是否将捕获时间戳推入缓冲区。 如果为true，则将时间戳作为缓冲区的最后一个元素。 时间戳大8字节（64位）。

l  trig: 这是当前设备触发器（支持缓冲模式时）。 

l  pollfunc:这是在接收的触发器上运行的函数。 

l  channels: 这表示通道规范结构，用于描述设备具有的每个通道。

l  num_channels: 这表示通道中指定的通道数。

l  name: 这表示设备名称。

l  info: 来自驱动程序的回调和持续信息。

l  setup_ops: 启用/禁用缓冲区之前和之后调用的回调函数集。 这个结构在include / linux / iio / iio.h中定义，如下所示：

struct iio_buffer_setup_ops {int (* preenable) (struct iio_dev *);int (* postenable) (struct iio_dev *);int (* predisable) (struct iio_dev *);