MS1112驱动开发（iio框架）
作者简介： 一个平凡而乐于分享的小比特，中南民族大学通信工程专业研究生在读，研究方向无线联邦学习
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MS1112驱动开发（iio框架）
ms1112驱动代码及测试程序在ms1112驱动，如有需要自行下载
1.iio框架简介
IIO全称是IndustrialI/O，翻译过来就是工业I/O，大家不要看到“工业”两个字就觉得IIO是只用于工业领域的。大家一般在搜索IIO子系统的时候，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。大家常用的陀螺仪、加速度计、电压/电流测量芯片、光照传感器、压力传感器等内部都是有个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，当你使用的传感器本质是ADC或DAC器件的时候，可以优先考虑使用IIO驱动框架。
1.1 iio_dev结构体
IIO子系统使用结构体iio_dev来描述一个具体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:
571 struct iio_dev {572 int modes;573 struct device dev;574575 struct iio_buffer *buffer;576 int scan_bytes;577 struct mutex mlock;578579 const unsigned long *available_scan_masks;580 unsigned masklength;581 const unsigned long *active_scan_mask;582 bool scan_timestamp;583 struct iio_trigger *trig;584 struct iio_poll_func *pollfunc;585 struct iio_poll_func *pollfunc_event;586587 struct iio_chan_spec const *channels;588 int num_channels;589590 const char*name;591 const char*label;592 const struct iio_info *info;593 const struct iio_buffer_setup_ops *setup_ops;594595 void *priv;596 };我们来看一下iio_dev结构体中几个比较重要的成员变量：
第571行，modes为设备支持的模式，可选择的模式如表所示：
第575行，buffer为缓冲区
第576行，scan_bytes为捕获到，并且提供给缓冲区的字节数。
第579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581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582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583行，trig为IIO设备当前触发器，当使用缓冲模式的时候。
第584行，pollfunc为一个函数，在接收到的触发器上运行。
第587行，channels为IIO设备通道，为iio_chan_spec结构体类型，稍后会详细讲解IIO通道。
第588行，num_channels为IIO设备的通道数。
第590行，name为IIO设备名字。
第592行，info为iio_info结构体类型，这个结构体里面有很多函数，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。稍后会详细讲解iio_info结构体。
第593行，setup_ops为 iio_buffer_setup_ops 结构体类型，内容如下:
530 struct iio_buffer_setup_ops {531 int (*preenable)(struct iio_dev *);532 int (*postenable)(struct iio_dev *);533 int (*predisable)(struct iio_dev *);534 int (*postdisable)(struct iio_dev *);535 bool (*validate_scan_mask)(struct iio_dev *indio_dev,536 const unsigned long *scan_mask);537 };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
1.2 iio_info结构体
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/liio.h中，结构体定义如下(有省略):
445 struct iio_info {446 const struct attribute_group *event_attrs;447 const struct attribute_group *attrs;448449 int (*read_raw)(struct iio_dev *indio_dev,450 struct iio_chan_spec const *chan,451 int *val,452 int *val2,453 long mask);454455 int (*read_raw_multi)(struct iio_dev *indio_dev,456 struct iio_chan_spec const *chan,457 int max_len,458 int *vals,459 int *val_len,460 long mask);461462 int (*read_avail)(struct iio_dev *indio_dev,463 struct iio_chan_spec const *chan,464 const int **vals,465 int *type,466 int *length,467 long mask);468469 int (*write_raw)(struct iio_dev *indio_dev,470 struct iio_chan_spec const *chan,471 int val,472 int val2,473 long mask);474......}第447行，attrs是通用的设备属性。
第449和469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ms1112的原始数据，那么最终完成工作的就是read_raw函数，我们需要在read_raw函数里面实现对ms1112芯片的读取操作。同理，write_raw是应用程序向ms1112芯片写数据，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。对于 write_raw来说就是应用程序向设备写入的数据。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。比如现在有个值为1.00236，那么val就是1，vla2理论上来讲是0.00236，但是我们需要对0.00236扩大N倍，使其变为整数，这里我们扩大 1000000倍，那么val2就是2360。因此val=1，val2=2360。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表所示:
mask:掩码，用于指定我们读取的是什么数据，我们只有读出原始值以及对应的分辨率(量程)，才能计算出真实的电压值。此时就有两种数据值:传感器原始值、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462行的read_avail这种函数指针通常用于嵌入式系统中，特别是在驱动程序或数据采集模块中。它允许系统在运行时动态地选择或调用不同的读取可用数据的函数，具体操作可能涉及从传感器或其他数据源中获取数据，并将数据类型、长度等信息返回给调用者。
1.3 iio_chan_spec结构体
iio的核心就是通道，一个传感器可能有多路数据，比如一个ms1112ADC芯片支持4路数据采集，那么它就有4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：
238 struct iio_chan_spec {239 enum iio_chan_type type;240 int channel;241 int channel2;242 unsigned long address;243 int scan_index;244 struct {245 char sign;246 u8 realbits;247 u8 storagebits;248 u8 shift;249 u8 repeat;250 enum iio_endian endianness;251 } scan_type;252 long info_mask_separate;253 long info_mask_separate_available;254 long info_mask_shared_by_type;255 long info_mask_shared_by_type_available;256 long info_mask_shared_by_dir;257 long info_mask_shared_by_dir_available;258 long info_mask_shared_by_all;259 long info_mask_shared_by_all_available;260 const struct iio_event_spec *event_spec;261 unsigned int num_event_specs;262 const struct iio_chan_spec_ext_info *ext_info;263 const char *extend_name;264 const char *datasheet_name;265 unsigned modified:1;266 unsigned indexed:1;267 unsigned output:1;268 unsigned differential:1;269 }; 来看一下iio_chan_spec结构体中一些比较重要的成员变量:
第239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:
enum iio_chan_type { IIO_VOLTAGE, //电压 IIO_CURRENT,//电流 IIO_POWER,//功率 IIO_ACCEL,//加速度 IIO_ANGL_VEL,//角速度 IIO_MAGN,//磁场强度 IIO_LIGHT,//光强度 IIO_INTENSITY,//强度 IIO_PROXIMITY,//接近度 IIO_TEMP,//温度 IIO_INCLI,//倾斜度 IIO_ROT,//旋转 IIO_ANGL,//角度 IIO_TIMESTAMP,//时间戳 IIO_CAPACITANCE,//电容 IIO_ALTVOLTAGE,//备用电压 IIO_CCT,//色温 IIO_PRESSURE,//压力 IIO_HUMIDITYRELATIVE,//相对湿度 IIO_ACTIVITY,//活动状态 IIO_STEPS,//步数 IIO_ENERGY,//能量 IIO_DISTANCE,//距离 IIO_VELOCITY,//速度 IIO_CONCENTRATION,//浓度 IIO_RESISTANCE,//电阻 IIO_PH,//pH 值 IIO_UVINDEX,//紫外线指数 IIO_ELECTRICALCONDUCTIVITY,//电导率 IIO_COUNT,//计数 IIO_INDEX,//索引 IIO_GRAVITY,//重力 IIO_POSITIONRELATIVE,//相对位置 IIO_PHASE,//相位 IIO_MASSCONCENTRATION,//质量浓度};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。ms1112是ADC，那就是IIO_VOLTAGE类型。
继续来看iio_chan_spec结构体，第266行，当成员变量indexed 为1时候,channel为通道索引。
第265行，当成员变量modified为1的时候，channel2为通道修饰符。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242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。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243行，当使用触发缓冲区的时候，scan_index是扫描索引。
第244~251，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)。
第252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。
第254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iio_chan_spec.type成员变量相同的通道。
第256行，info_mask_shared_by_dir标记某些导出的信息由相同方向的通道共享。
第258行，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。
第265行，modified为1的时候，channel2为通道修饰符。
第266行，indexed为1的时候，channel为通道索引。
第267行，output表示为输出通道。
第268行，differential表示为差分通道。
2. 程序编写
2.1 驱动程序编写
主要结构体：
static const struct iio_info ms1112_info = { .read_raw = ms1112_read_raw, .write_raw = ms1112_write_raw, .read_avail = ms1112_read_avail,};struct ms1112_data { struct ms1112_channel_data channel_data[MS1112_CHANNELS]; struct ms1112_thresh_data thresh_data[MS1112_CHANNELS]; const struct ms1112_chip_data *chip; struct mutex lock; void *private_data; /* 私有数据 */ //int16_t value; /* adc数据 */ struct i2c_client *client;};主要函数：
static int ms1112_get_adc_result(struct ms1112_data *data, int chan, int *val){ int ret, pga, dr , mode; unsigned int mask, cfg; ret = 0; if (chan = MS1112_CHANNELS) return -EINVAL; mode = data->channel_data[chan].mode; pga = data->channel_data[chan].pga; dr = data->channel_data[chan].data_rate; mask = MS1112_CFG_MUX_MASK | MS1112_CFG_PGA_MASK | MS1112_CFG_DR_MASK | MS1112_CFG_MOD_MASK | MS1112_SINGLESHOT << 7; cfg = chan << MS1112_CFG_MUX_SHIFT | pga << MS1112_CFG_PGA_SHIFT | dr << MS1112_CFG_DR_SHIFT | mode << MS1112_CFG_MOD_SHIFT | MS1112_SINGLESHOT << 7; printk(\"mask = %u\\n\", mask); printk(\"cfg = %u\\n\", cfg); cfg = (cfg & mask);#if 0 ms1112_write_reg(data, MS1112_CFG_REG, MS1112_DEFAULT_CONFIG);#else ms1112_write_reg(data, MS1112_CFG_REG, cfg);#endif ret = ms1112_readdata(data,val); if(ret<0) { printk(\"Failed to read data!\\n\"); } return ret;}static int ms1112_read_avail(struct iio_dev *indio_dev, struct iio_chan_spec const *chan, const int **vals, int *type, int *length, long mask){ struct ms1112_data *data = iio_priv(indio_dev); if (chan->type != IIO_VOLTAGE) return -EINVAL; switch (mask) { case IIO_CHAN_INFO_SCALE: *type = IIO_VAL_FRACTIONAL_LOG2; *vals = data->chip->scale; *length = data->chip->scale_len; return IIO_AVAIL_LIST; case IIO_CHAN_INFO_SAMP_FREQ: *type = IIO_VAL_INT; *vals = data->chip->data_rate; *length = data->chip->data_rate_len; return IIO_AVAIL_LIST; default: return -EINVAL; }}static int ms1112_read_raw(struct iio_dev *indio_dev, struct iio_chan_spec const *chan, int *val, int *val2, long mask){ int ret, idx; struct ms1112_data *data = iio_priv(indio_dev); mutex_lock(&data->lock); switch (mask) { case IIO_CHAN_INFO_RAW: ret = iio_device_claim_direct_mode(indio_dev); if (ret) break; ret = ms1112_get_adc_result(data, chan->address, val); if (ret > chan->scan_type.shift, chan->scan_type.realbits - 1); ret = IIO_VAL_INT;release_direct: iio_device_release_direct_mode(indio_dev); break; case IIO_CHAN_INFO_SCALE: idx = data->channel_data[chan->address].pga; *val = ms1112_fullscale_range[idx]; *val2 = chan->scan_type.realbits - 1; ret = IIO_VAL_FRACTIONAL_LOG2; break; case IIO_CHAN_INFO_SAMP_FREQ: idx = data->channel_data[chan->address].data_rate; *val = data->chip->data_rate[idx]; ret = IIO_VAL_INT; break; default: ret = -EINVAL; break; } mutex_unlock(&data->lock); return ret;}static int ms1112_write_raw(struct iio_dev *indio_dev, struct iio_chan_spec const *chan, int val, int val2, long mask){ struct ms1112_data *data = iio_priv(indio_dev); int ret; mutex_lock(&data->lock); switch (mask) { case IIO_CHAN_INFO_SCALE: ret = ms1112_set_scale(data, chan, val, val2); break; case IIO_CHAN_INFO_SAMP_FREQ: ret = ms1112_set_data_rate(data, chan->address, val); break; default: ret = -EINVAL; break; } mutex_unlock(&data->lock); return ret;}static int ms1112_probe(struct i2c_client *client,const struct i2c_device_id *id){ struct iio_dev *indio_dev; const struct ms1112_chip_data *chip; struct ms1112_data *data; int ret; int i; chip = device_get_match_data(&client->dev); if (!chip) chip = (const struct ms1112_chip_data *)id->driver_data; if (!chip) return dev_err_probe(&client->dev, -EINVAL, \"Unknown chip\\n\"); indio_dev = devm_iio_device_alloc(&client->dev, sizeof(*indio_dev)); if (!indio_dev) return -ENOMEM; data = iio_priv(indio_dev); i2c_set_clientdata(client, indio_dev); mutex_init(&data->lock); indio_dev->name = MS1112_DRV_NAME; indio_dev->info = chip->info; indio_dev->modes = INDIO_DIRECT_MODE; indio_dev->channels = chip->channels; indio_dev->num_channels = chip->num_channels; data->chip = chip; data->client = client; for (i = 0; i channels[i].scan_type.realbits; data->thresh_data[i].low_thresh = -1 <thresh_data[i].high_thresh = (1 <dev, \"Failed to register IIO device\\n\"); return ret;}2.2 测试程序
#include #include #include #include /* 字符串转数字，将浮点小数字符串转换为浮点数数值 */#define SENSOR_FLOAT_DATA_GET(ret, index, str, member)\\ ret = file_data_read(file_path[index], str);\\ dev->member = atof(str);\\/* 字符串转数字，将整数字符串转换为整数数值 */#define SENSOR_INT_DATA_GET(ret, index, str, member)\\ ret = file_data_read(file_path[index], str);\\ dev->member = atoi(str);\\/* adc iio框架对应的文件路径 */static char *file_path[] = { \"/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage1_scale\", \"/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage1_raw\",};/* 文件路径索引，要和file_path里面的文件顺序对应 */enum path_index { IN_VOLTAGE_SCALE = 0, IN_VOLTAGE_RAW,};/* * ADC数据设备结构体 */struct adc_dev{ int raw; float scale; float act;};struct adc_dev ms1112adc;/* * @description : 读取指定文件内容 * @param – filename : 要读取的文件路径 * @param - str : 读取到的文件字符串 * @return : 0 成功;其他 失败 */static int file_data_read(char *filename, char *str){ int ret = 0; FILE *data_stream; data_stream = fopen(filename, \"r\"); /* 只读打开 */ if(data_stream == NULL) { printf(\"can\'t open file %s\\r\\n\", filename); return -1; } ret = fscanf(data_stream, \"%s\", str); if(!ret) { printf(\"file read error!\\r\\n\"); } else if(ret == EOF) { /* 读到文件末尾的话将文件指针重新调整到文件头 */ fseek(data_stream, 0, SEEK_SET); } fclose(data_stream); /* 关闭文件 */ return 0;}/* * @description : 获取ADC数据 * @param - dev : 设备结构体 * @return : 0 成功;其他 失败 */static int adc_read(struct adc_dev *dev){ int ret = 0; char str[50]; SENSOR_FLOAT_DATA_GET(ret, IN_VOLTAGE_SCALE, str, scale); SENSOR_INT_DATA_GET(ret, IN_VOLTAGE_RAW, str, raw); /* 转换得到实际电压值mV */ dev->act = (dev->scale * dev->raw)/1000.f; return ret;}/* * @description : main主程序 * @param – argc : argv数组元素个数 * @param - argv : 具体参数 * @return : 0 成功;其他 失败 */int main(int argc, char *argv[]){ int ret = 0; if (argc != 1) { printf(\"Error Usage!\\r\\n\"); return -1; } while (1) { ret = adc_read(&ms1112adc); if(ret == 0) { /* 数据读取成功 */ \\ printf(\"ADC原始值：%d，电压值：%.3fV\\r\\n\", ms1112adc.raw, ms1112adc.act); } usleep(100000); /*100ms */ } return 0;}3. 实验测试
加载驱动后可以看到在开发板的/sys/bus/iio/devices下有iio:device0设备，这个设备正式我们ms1112ADC芯片的sysfs文件信息，进入该目录，可以显示该芯片的目录信息
解释如下：
in_voltage*_raw:对应该通道采样的adc原始值
in_voltage*_sampling_frequency:对应通道的采样频率
in_voltage*_scale:用于存放对应通道输入电压比例因子
举个例子我们cat in_voltage0_scale显示0.062500000，那这个值是如何算出的呢
其实我们不难发现，
我们的结果寄存器一共16位，最高位为符号位，因此结果寄存器的adc采样值范围为-215~215,即-32768-32767。
我们在IIO_CHAN_INFO_SCALE掩码情况下，设置的组合宏为IIO_VAL_FRACTIONAL_LOG2，值为val>>val2,也就是val右移val2位。假设满量程，则val值为2048，val2为15，2048/(2^15)=0.0625。刚好等于in_voltage0_scale的值。
这里我们测试voltage1通道，voltage1为AIN1,AIN1接MIKRO-BUS,我们只需接一个烟雾传感器，即可测试
烟雾传感器连接：
输入insmod ms1112.ko加载驱动，./adcAPP运行测试程序
我们可以点燃纸张，进行测试
点燃纸张前：
点燃纸张后：
我们发现点燃后电压值降低。
