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外观

03、IIO数据结构 ​

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

一、iio_dev数据结构 ​

iio_dev结构是描述IIO设备和驱动程序信息的核心结构。它主要说明以下内容：

  1. 设备有多少个数据通道？
    会明确设备支持多少个数据采集通道。

  2. 设备支持哪些工作模式？
    说明设备可运行的模式，例如：

    • 单次模式（一次性数据采集）
    • 触发缓冲模式（通过触发信号连续采集数据到缓冲区）

  3. 驱动程序有哪些功能接口？
    列出驱动程序提供的功能接口（例如数据读取、配置控制等），方便其他程序调用这些功能与设备交互。

::: 简单来说，iio_dev结构就像设备的“说明书”，告诉用户设备能做什么、怎么用，以及驱动程序如何与它配合工作。 :::

C++
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;
};

设备支持的模式（modes）: ​

  1. INDIO_DIRECT_MODE：设备通过标准的sysfs接口直接与用户空间交互。
  2. INDIO_BUFFER_TRIGGERED：设备支持硬件触发采集。当使用iio_triggered_buffer_setup()设置触发缓冲时，系统会自动启用此模式。
  3. INDIO_BUFFER_HARDWARE：设备自带硬件级数据缓冲区。
  4. INDIO_ALL_BUFFER_MODES：同时支持上述两种缓冲模式（硬件缓冲+触发模式）。

关键结构体成员： ​

  • currentmode：设备当前实际使用的模式（从上述模式中选择）。

  • dev：设备对应的Linux设备对象（底层设备管理的基础）。

  • buffer：数据缓冲区。当启用触发缓冲模式时，采集的数据会自动填充到这里，并推送到用户空间。

  • scan_bytes：单次采集的数据总字节数。用户空间申请的缓冲区大小必须至少等于这个值。

  • available_scan_masks：允许的通道组合列表。通过位掩码形式指定哪些通道组合可以被同时启用（例如：通道1和3可同时启用）。

  • active_scan_mask：当前启用的通道集合。用二进制位表示启用的通道，例如：

    • 8通道设备启用通道0、2、7时，active_scan_mask为二进制 10000101（十六进制 0x85）。
    • 驱动会遍历这些启用的通道，将数据填入缓冲区。

  • scan_timestamp：是否记录时间戳。若设为true，每个数据包末尾会附加一个8字节（64位）的时间戳。

触发与回调机制： ​

  • trig：当前绑定的触发器（当使用缓冲模式时必须配置）。
  • pollfunc：触发信号到来时执行的回调函数。

通道管理： ​

  • channels：描述设备所有通道的配置信息（如电压、温度等类型）。
  • num_channels：通道总数。
  • name：设备名称（用户空间可见的标识符）。

驱动回调与验证： ​

  • info：驱动提供的功能回调（如读写操作、校准等）。
  • setup_ops：缓冲区启用/禁用时的钩子函数，包含：
c
struct iio_buffer_setup_ops {
    int (*preenable)(struct iio_dev *);      // 启用缓冲前调用
    int (*postenable)(struct iio_dev *);     // 启用缓冲后调用
    int (*predisable)(struct iio_dev *);     // 禁用缓冲前调用
    int (*postdisable)(struct iio_dev *);    // 禁用缓冲后调用
    bool (*validate_scan_mask)(...);         // 验证用户请求的通道组合是否合法
};
  • 若未指定，系统会使用默认实现iio_triggered_buffer_setup_ops。

其他组件： ​

  • chrdev：IIO内核为设备创建的字符设备（用户可通过/dev接口访问）。

:::

总结 ​

核心流程：设备通过模式（如触发缓冲）管理数据采集，数据经缓冲区传输，通道选择由掩码控制，触发器决定采集时机。

关键点：驱动需配置通道、缓冲区和触发器，通过回调函数控制硬件状态，用户空间通过sysfs或字符设备读取数据。 :::

二、iio_info结构 ​

struct iio_info结构用于声明IIO内核使用的钩子，以读取/写入通道/属性值：

C++
struct iio_info {
   struct module *driver_module;
   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);
     [...]
};

以下是iio_info结构关键成员的直白解释：

  1. driver_module
    模块标识符，确保设备驱动与字符设备正确关联。通常设置为THIS_MODULE，这样系统就知道这个设备属于当前驱动模块。

  2. attrs
    设备属性集合，用于存储或展示设备的配置信息（比如状态、参数等），方便用户通过sysfs接口查看或修改。

  3. read_raw
    当用户读取设备sysfs文件时触发的函数。

    • mask参数：告诉函数需要返回哪种数据类型（比如原始值、标度值等）。
    • chan参数：指定当前操作的传感器通道，可能用来获取该通道的采样率或转换原始数据的公式。

  4. write_raw
    当用户向设备写入数据时触发的函数。
    例如：用来设置传感器的采样频率或其他配置参数。

每个成员的作用都围绕设备的配置、数据读写和状态管理展开，通过回调函数实现用户与硬件的交互。

以下代码显示如何设置iio_info结构：

C++
static const struct iio_info iio_dummy_info = {
    .driver_module = THIS_MODULE,
    .read_raw = &iio_dummy_read_raw,
    .write_raw = &iio_dummy_write_raw,
[...]
/*
 * 提供特定设备类型的接口函数和常量数据
 */
indio_dev->info = &iio_dummy_info;

三、IIO通道 ​

通道代表单条采集线。例如，加速度计有3个通道（X、Y、Z），因为每个轴代表单个采集线。struct iio_chan_spec结构表示和描述内核中的单个通道：

C++
struct iio_chan_spec {
    enum iio_chan_type type;
    int channel;
    int channel2;
    unsigned long address;
    int scan_index;
    struct {
        charsign;
        u8 realbits;
        u8 storagebits;
        u8 shift;
        u8 repeat;
        enum iio_endian endianness;
    } scan_type;
    long info_mask_separate;
    long info_mask_shared_by_type;
    long info_mask_shared_by_dir;
    long info_mask_shared_by_all;
    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;
};

以下是关于 iio_chan_spec 结构的简单解释：

结构体字段含义 ​

  1. type
    指定通道测量的数据类型。例如：

    • 电压传感器用 IIO_VOLTAGE，
    • 光线传感器用 IIO_LIGHT，
    • 加速度计用 IIO_ACCEL。
      所有类型在头文件 types.h 的 enum iio_chan_type 中定义。

  2. channel
    当 indexed 设为 1 时，表示通道的编号（索引号）。

  3. channel2
    当 modified 设为 1 时，表示通道的修饰符（例如方向或轴向）。例如：

    • IIO_MOD_X 表示 X 轴，
    • IIO_MOD_Y 表示 Y 轴。

  4. modified
    如果设为 1，说明 channel2 中的修饰符有效（如传感器方向）。

  5. indexed
    如果设为 1，说明该通道需要编号（索引号），具体编号在 channel 字段中指定。

  6. scan_index 和 scan_type

    • scan_index 指定通道在数据缓冲区中的位置，数值小的通道排在前面。
    • 如果 scan_index 设为 -1，则该通道不会被缓冲存储。
    • scan_type 描述数据的格式（如字节顺序、位宽）。

属性掩码（info_mask） ​

这些掩码决定哪些传感器属性会暴露给用户空间程序：

  1. info_mask_separate
    该属性仅属于当前通道，其他通道无法共享。
  2. info_mask_shared_by_type
    同一类型的通道（例如所有电压传感器）共享该属性。
  3. info_mask_shared_by_dir
    同一方向的通道（例如所有 X 轴传感器）共享该属性。
  4. info_mask_shared_by_all
    所有通道共享该属性，无论类型或方向。

常见属性枚举 ​

以下是一些常见的传感器属性（如 IIO_CHAN_INFO_SCALE 表示传感器的灵敏度）：

c
enum iio_chan_info_enum {
    IIO_CHAN_INFO_RAW,        // 原始数据值
    IIO_CHAN_INFO_SCALE,      // 数据缩放比例（如电压转换系数）
    IIO_CHAN_INFO_OFFSET,     // 数据偏移量
    IIO_CHAN_INFO_SAMP_FREQ,  // 采样频率
    IIO_CHAN_INFO_FREQUENCY,  // 信号频率
    // 其他属性...
};

数据排序方式 ​

scan_type 中的 enum iio_endian 定义数据的字节顺序：

  • IIO_CPU：使用 CPU 默认的字节顺序（大端或小端）。
  • IIO_BE：强制大端模式（高位字节在前）。
  • IIO_LE：强制小端模式（低位字节在前）。

:::

总结 ​

type 定义传感器类型，channel 和 channel2 标识通道编号或方向，

scan_index 控制数据在缓冲区中的位置，

info_mask 决定属性的共享范围，

枚举值描述传感器的具体参数（如灵敏度、频率）。

这些设置帮助内核正确管理传感器数据，并将信息清晰地传递给用户空间程序。 :::