關(guān)注、星標(biāo)嵌入式客棧，精彩及時(shí)送達(dá)[導(dǎo)讀] 朋友們，大家好，我是逸珺。

今天分享一下如何在用戶空間操作IIO設(shè)備。IIO設(shè)備能實(shí)現(xiàn)很多有價(jià)值的應(yīng)用，有興趣的一起來看看~

什么是IIO設(shè)備

IIO是 Industrial I/O 的縮寫，是Linux下為工業(yè)輸入輸出所設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)。其主要目的是為模數(shù)轉(zhuǎn)換 (ADC) 或數(shù)模轉(zhuǎn)換 (DAC) 或兩者兼而有之的設(shè)備提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持。Linux下原來有Hwmon以及輸入子系統(tǒng)，但這兩個(gè)子系統(tǒng)不能很好的涵蓋上面需求。而IIO子系統(tǒng)就是為了填補(bǔ)這一空白而設(shè)計(jì)的。

什么是Hwmon？針對(duì)用于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)本身的低采樣率傳感器，如風(fēng)扇速度控制或溫度測(cè)量。

而輸入子系統(tǒng)(Input subsystem)， 顧名思義，主要抽象人機(jī)交互輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏）。當(dāng)然，從這些描述來看，這兩個(gè)需求與 IIO 之間存在相當(dāng)大的重疊。

而IIO子系統(tǒng)則主要管理抽象這些類別的設(shè)備：

• 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)
• 加速度計(jì)(Accelerometers)
• 陀螺儀(Gyros)
• 慣性測(cè)量單元 IMUs)
• 電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (CDC)
• 壓力傳感器
• 顏色、光線和接近傳感器
• 溫度傳感器
• 磁力計(jì)(Magnetometers)
• 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)
• 直接數(shù)字合成器(DDS)
• 鎖相環(huán)(PLL)
• 可變/可編程增益放大器(VGA、PGA)
• ....

此類設(shè)備，一般會(huì)通過I2C/SPI總線連接到處理器，SPI/I2C通常用來傳輸控制信息，而這些設(shè)備的輸入輸出應(yīng)用數(shù)據(jù)則是通過其他的接口與處理器進(jìn)行通信，比如采用LVDS。以AD9467為例：

三線制SPI則是控制信息，用于配置ADC的寄存器，而采樣數(shù)據(jù)則是通過LVDS上傳給處理器的。

IIO設(shè)備長(zhǎng)什么樣?

IIO設(shè)備一般也會(huì)在/dev下創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備文件，比如：

然后在sys下也會(huì)創(chuàng)建文件，比如在/sys/bus下就會(huì)創(chuàng)建一條名為iio的總線：

進(jìn)入到iio之后：

在devices下，則有：

如果有多個(gè)iio設(shè)備，則會(huì)這樣編號(hào)：

iio:device0??iio:device1??iio:device2??......
進(jìn)入到iio:device0后

則可以看到有mode,scale,of_node，frequeceny等屬性。進(jìn)到scan_elements下：

scan_elements用于描述掃描樣本的相關(guān)屬性：

• in_voltage0_en：使能控制，設(shè)置為1為使能，為0則關(guān)閉
• in_voltage0_index ：索引
• in_voltage0_type：采樣類型，本設(shè)備該值為le:S16/16>>0，表示是小端有符號(hào)整型

buffer中的屬性為：

• data_available ：有多少數(shù)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了
• enable ：激活緩沖區(qū)捕獲，設(shè)置為1則開始緩沖區(qū)捕獲
• length：緩沖區(qū)可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)
• length_align_bytes：?對(duì)齊要求，用于設(shè)置DMA的對(duì)齊要求。
• watermark：此屬性從內(nèi)核版本 4.2 開始可用。它是一個(gè)正數(shù)，指定阻塞讀取應(yīng)等待多少個(gè)掃描元素。如果使用輪詢，它將阻塞直到達(dá)到watermark設(shè)定值。只有當(dāng)watermark大于請(qǐng)求的讀取量時(shí)才有意義。它不會(huì)影響非阻塞讀取。

在用戶空間讀取iio設(shè)備的數(shù)據(jù)，有掃描方法或者觸發(fā)方法，這里主要分享一下連續(xù)掃描讀取。

• 首先將scan_elements中in_voltage0_en設(shè)置為1

root@idaq:/sys/bus/iio/devices/iio:device0/scan_elements#?echo?1?>?in_voltage0_en
root@idaq:/sys/bus/iio/devices/iio:device0/scan_elements#?cat?in_voltage0_en
1


• 然后將buffer中的enable,也設(shè)置為1。驅(qū)動(dòng)就開始工作了。marked complete 表示一次DMA傳輸結(jié)束。
  

root@idaq:/sys/bus/iio/devices/iio:device0/buffer#?echo?1?>?enable
iio?iio:device0:?iio_dma_buffer_enable
dma-axi-dmac?43c20000.axi_dmac:?vchan?(ptrval):?txd?(ptrval)[2]:?submitted
dma-axi-dmac?43c20000.axi_dmac:?txd?(ptrval)[2]:?marked?complete


• 然后就可以標(biāo)準(zhǔn)文件操作直接讀取/dev/iio:device0了

代碼實(shí)現(xiàn)

有了前面的介紹，就有具體實(shí)現(xiàn)的思路了。這里以QT為例，設(shè)計(jì)一個(gè)類先進(jìn)行文件操作，然后不停讀取文件即可。

下面是頭文件：

#ifndef?_IIO_DEVICE_H_
#define?_IIO_DEVICE_H_
#include?
#include?
#include?
//繼承自QThread
class?IIODevice?:?public?QThread
{
????Q_OBJECT
public:
????explicit?IIODevice(QObject?*parent?=?0,
???????????????????????QString?fName="iio:device0",
???????????????????????QByteArray?*pBuffer=nullptr,
???????????????????????QMutex?*pMutex=nullptr);
????~IIODevice();

????int??openDevice(void);
????int??closeDevice(void);
????void?startSample();
????void?stopSample(void);
????int??readDevice(unsigned?char?*?buffer,int?size);
????bool?isStarted(void);

public?slots:

protected:
????void?run();

private:
????int?fd;
????QString?fileName;
????bool?m_abort;
????//用于緩存數(shù)據(jù)
????QByteArray?*buffer;
????QMutex?*mutex;
????bool?m_started;
};

#endif
實(shí)現(xiàn)文件如下：

IIODevice::IIODevice(QObject?*parent,QString?fName,QByteArray?*pBuffer,QMutex?*pMutex)?:
????QThread(parent),
????fileName(fName),
????buffer(pBuffer),
????mutex(pMutex)
{??
????m_abort?=?false;
????m_started?=?false;??
}

int?IIODevice::openDevice(void)
{
????//使能in_voltage0_en
????QString?cmdStr?=?"echo?1?>?/sys/bus/iio/devices/" fileName "/scan_elements/in_voltage0_en";
????QByteArray?cmdBuffer?=?cmdStr.toLocal8Bit();
????char?*?cmd?=?cmdBuffer.data();
????system(cmd);

????//使能采集
????cmdStr?=?"echo?1?>?/sys/bus/iio/devices/" fileName "/buffer/enable";
????cmdBuffer?=?cmdStr.toLocal8Bit();
????cmd?=?cmdBuffer.data();
????system(cmd);

????QString?path?=?"/dev/" fileName;
????QFile?*?file?=?new?QFile();
????file->setFileName(path);
????if(?!file->exists()?){
????????qDebug()?<"file?does?not?exist";
????????return?-1;
????}

????//O_NONBLOCK方式打開文件
????fd?=?open(path.toUtf8().data(),?O_RDONLY|O_NONBLOCK);
????if(?fd==-1?){
????????qDebug()?<"can?not?open?file";
????????return?-2;
????}

????return?0;
}

int?IIODevice::closeDevice(void)
{
????QString?cmdStr;
????QByteArray?cmdBuffer;
????//1.禁止采樣
????cmdStr?=?"echo?0?>?/sys/bus/iio/devices/" fileName "/buffer/enable";
????cmdBuffer?=?cmdStr.toLocal8Bit();
????char?*?cmd?=?cmdBuffer.data();
????system(cmd);

????//2.禁止in_voltage0_en
????cmdStr?=?"echo?0?>?/sys/bus/iio/devices/" fileName "/scan_elements/in_voltage0_en";
????cmdBuffer?=?cmdStr.toLocal8Bit();
????cmd?=?cmdBuffer.data();
????
????system(cmd);
????//3.關(guān)閉文件
????if(fd)?{
?????close(fd);
?????fd?=?-1;????
????}???
??
????return?0;
}

int?IIODevice::readDevice(unsigned?char?*?buffer,int?size)
{
????int?length?=?0;
????length?=?read(fd,buffer,size);
????return?length;
}

IIODevice::~IIODevice(void)
{
??if(fd)
????close(fd);
}

void?IIODevice::startSample()
{
??mutex->lock();
??m_abort?=?false;
??m_started?=?true;
??if(!buffer->isEmpty())
?????buffer->remove(0,buffer->size());
??mutex->unlock();
??openDevice();
??start();
}

bool?IIODevice::isStarted()
{
??return?m_started;
}

void?IIODevice::stopSample()
{
??mutex->lock();
??m_abort?=?true;
??m_started?=?false;
??closeDevice();
??mutex->unlock();
????
??//完全關(guān)閉線程的寫法
??wait();
}

#define?TEMP_BUFFER_SIZE?4096
//開辟線程用于讀取
void?IIODevice::run()
{
??int?bytes?=?0;
??unsigned?char?devBuf[TEMP_BUFFER_SIZE];
??while(1)?{
??????bytes?=?4096;//假定內(nèi)部buffer為4096
??????while(bytes==4096)
??????{
????????bytes?=?readDevice(devBuf,TEMP_BUFFER_SIZE);
????????mutex->lock();
????????buffer->append((const?char?*)devBuf,bytes);
????????mutex->unlock();
??????}

??????if?(m_abort)
????????return;
??????//周期性掃描
??????usleep(600);
??}
}
QMutex用于線程間數(shù)據(jù)保護(hù)，由于該類是一個(gè)線程類，實(shí)際使用的時(shí)候可能是另一個(gè)線程讀取IIO設(shè)備的采集數(shù)據(jù)，用于傳輸或者后續(xù)應(yīng)用處理，兩個(gè)線程操作同一個(gè)QByteArray對(duì)象，存在并發(fā)競(jìng)態(tài)，所以需要做互斥訪問保護(hù)。

如此一來，外界的物理信號(hào)就經(jīng)由ADC芯片，進(jìn)入Linux內(nèi)核設(shè)備iio:device0，再由用戶空間的IIODevice類所例化的對(duì)象，傳遞到用戶空間，從而可以在Linux下實(shí)現(xiàn)采樣應(yīng)用了，整個(gè)信號(hào)傳遞可以用下面這個(gè)圖來描述。

總結(jié)一下

IIO設(shè)備在很多工業(yè)儀器類非常有用，如前所說，不僅僅能實(shí)現(xiàn)AD采樣，還可以實(shí)現(xiàn)DA，DDS等很多非常有應(yīng)用價(jià)值的設(shè)備。要用好IIO設(shè)備，可能涉及到設(shè)備驅(qū)動(dòng)、信號(hào)鏈設(shè)計(jì)、用戶空間應(yīng)用程序編寫等等技術(shù)。本文以一個(gè)AD采樣IIO設(shè)備為例，分享一下如何從用戶空間訪問控制IIO設(shè)備，希望對(duì)有興趣的朋友們有所幫助。

—— The End?——