Linux 开发IIO子系统入门

inr999 2020-10-27 4437

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描述

前阵子工作上做了一些关于 ADC 的支持，由于现在 ADC 相关的支持都被移动到了 IIO （Industrial I/O）子系统下，我查阅了一些关于 IIO 资料，包括书籍、文章、内核文档和代码。个人感觉最好的入门文章应该是 ST WiKi 网站上的 IIO Overview（2019）和　Analog Device Wiki 网站上的 Linux Industrial I/O Subsystem（2017），为了方便爱偷懒或者英文不好的小伙伴，我提炼了多篇文章的精华内容并在其基础上进行完善，尽量控制篇幅，希望能给大家提供一点小小的帮助。

Linux 驱动开发 / IIO子系统入门1

正文目录：

1. 什么是 IIO 子系统？ 1.1 IIO 概述 1.2 IIO 相关的组件2. IIO 功能特性3. IIO 相关配置 3.1 配置内核 3.2 配置设备树 3.2.1 IIO providers 3.2.2 IIO consumers4. IIO API 4.1 用户空间 API 4.1.1 4种接口 4.1.2 操作实例5. 更多值得学习的知识点6. 相关参考

写作目的：

整理一些 IIO 子系统的入门知识。

1. 什么是 IIO 子系统？

1.1 IIO 概述

Industrial I/O 子系统旨在为某种意义上是模数或数模转换器（ADC，DAC）的设备提供支持，于2009年由Ｈuawei 的 Jonathan Cameront 添加。

简单框图：

adc

支持的设备包括：

ADC / DAC加速度计磁力计陀螺仪压力传感器湿度传感器温度传感器。。.

很久以前，对于上述硬件的支持散落在 Linux 源码中的各种地方。

IIO 的出现，提供了一个统一的框架用于访问和控制上述各种类型的传感器，并且为用户态应用访问传感器提供了标准的接口：sysfs/devfs，并且填补了 Hwmon 和 Input 子系统之间的空白。

另外，IIO 不仅可以支持低速的 SoC ADC，还可支持高速、高数据速率的工业设备，例如 100M samples/sec 工业 ADC。

1.2 IIO 相关的组件

adc

IIO-overview

上图基于 STM32 MPU，来源见文末。

1）客户端应用程序（用户空间）：

该组件会使用 libiio 库来配置 IIO 设备，然后从 IIO 设备读数据或者写数据到 IIO 设备中。客户端程序可以细分为 local client 和 remote client。

2） libiio 库（用户空间）：

adc

libiio 是 Analog Device 公司发起的一个用于访问 IIO 设备的开源库。

它封装了对 /sys/bus/iio/devices（配置 iio）和　/dev/iio/deviceX（读写iio）的访问，并且提供了便于测试的 iio 命令行工具（iio_info / iio_readdev）和 iiod server。

iiod server 内含 local backend 和 remote backend 以支持 local client 和 remote client 的访问。

libiio 的源码位于：github libiio

3）访问接口（用户空间）：

iio 支持多种标准的 Linux 设备访问接口：

char device， sysfs， configfs， debugfs。

4）内核空间的 iio 消费者（即 IIO consumers）：

adc

除了用户空间的应用程序能访问 iio 设备之外，在内核里也有其他设备驱动需要使用 iio 子系统的 API 来编写符合自身框架的设备驱动。

例如在 iio 子系统里支持了某款 Soc ADC 后，可能会有不同的硬件设备接到该 ADC 通道上，典型的例子是触摸芯片，开发人员需要在 input 子系统的框架下编写 touch driver，在 touch driver的 irq handler 中调用 iio in-kern API 来读取触摸屏的 X、Y 值。

iio in-kernl API的定义位于头文件：

include/linux/iio/consumer.h

5） IIO framework（内核空间）：

IIO 子系统的核心实现。

6） IIO device driver（或称 IIO providers）：

7） Linux 内核自带的 IIO 调试工具：

2. IIO 的功能特性

1）基础的设备注册和访问

类似于 hwmon 子系统，它们都可以通过 sysfs 以轮循的方式访问设备;

2）可读取事件的字符设备（Event chrdevs）

类似于 input 子系统，iio 子系统也可以向应用层上报事件（hardware triggered events），例如阈值检测事件，自由落体检测事件、更复杂的动作检测事件;

目前 event 的格式为：event code + 时间戳;

3）支持硬件 buffer

4）支持 Trigger 和软件 buffer

3. IIO 相关配置

3.1 配置内核

Linux-4.14：

$ make menuconfigDevice Drivers ---》《*》 Industrial I/O support ---》［*］ Enable buffer support within IIO 《》 IIO callback buffer used for push in-kernel interfaces 《*》 Industrial I/O HW buffering 《*》 Industrial I/O buffering based on kfifo 《》 Enable IIO configuration via configfs ［*］ Enable triggered sampling support （2） Maximum number of consumers per trigger 《》 Enable software triggers support Accelerometers ---》 Analog to digital converters ---》 Amplifiers ---》 Chemical Sensors ---》 Hid Sensor IIO Common ---- SSP Sensor Common ---》 Digital to analog converters ---》 IIO dummy driver ---》 Frequency Synthesizers DDS/PLL ---》 Digital gyroscope sensors ---》 Health Sensors ---》 Humidity sensors ---》 Inertial measurement units ---》 Light sensors ---》 Magnetometer sensors ---》 Inclinometer sensors ---- Triggers - standalone ---》 Digital potentiometers ---》 Pressure sensors ---》 Lightning sensors ---》 Proximity sensors ---》 Temperature sensors ---》

从配置项的数目来看，IIO 的用途真的很广泛。

3.2 配置设备树

3.2.1 IIO providers

1）相关要点：

IIO channels 源在设备树中用 IIO providers 来指定;

2）必要属性：

io-channel-cells，０表示只有 1 路 IIO output，１表示有多路 IIO output;

io-channel-ranges：一个 empty 属性（即不用赋值），会在 driver/iio/inkern.c/iio_channel_get（）中被引用，它表明继承了当前节点的子节点可以引用当前节点的 IIO channel;

3）例子1 （no trigger）

adc： voltage-sensor@35 { compatible = “maxim，max1139”; reg = 《0x35》; #io-channel-cells = 《1》;};

4）例子2 （with trigger）

adc@35 { compatible = “some-vendor，some-adc”; reg = 《0x35》; adc1： iio-device@0 { #io-channel-cells = 《1》; /* other properties */ }; adc2： iio-device@1 { #io-channel-cells = 《1》; /* other properties */ };};

3.2.2 IIO consumers

1）相关要点：

IIO consumer 节点的形式是《phandle iio_specifier》;

它的作用是连接 IIO provider 的 input 端到 IIO consumer 的 output 端;

其中，phandle 是 IIO provider 的句柄，specifier 用于选择第几路 channel;

类似 gpio specifier， IIO specifier 是有１个或者多个 cells 的数组，用于确定 IIO device的 output 端，即１个 cell 对应一个 IIO channel output;

IIO specifier 数组的长度由 IIO provider 节点的 #io-channel-cells 属性决定;

2）必要属性：

io-channels：　《phandle iio_specifier》列表，一个　《phandle iio_specifier》代表该设备连接着的一路 IIO input。如果 IIO provider 的 io-channel-cells=0 （即只有1路 IIO output），则省略 iio_specifier。

3）可选属性：

io-channel-names： IIO input 的名称列表，顺序要和 io-channels 属性保持一致，Consumers drivers 会将该名称和 iio_specifier 指定的 IIO input match 到一起。

4）例子１

some_consumer { io-channels = 《&adc 1》，《&ref 0》; io-channel-names = “vcc”， “vdd”; };

上述例子的引用了provider &adc　的第1路 channel，和proiver &ref　的第0路 channel。

4. IIO API

4.1 用户空间 API