下面是PCF8591的介紹:

PCF8591 是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591 具有 4 個模擬輸入、1 個模擬輸出和 1個串行 I2C 總線接口。PCF8591 的 3 個地址引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8 個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。

下圖是PCF8591的框圖

本篇討論其linux驅(qū)動的以下幾種實現(xiàn)方式

• Hardware Monitoring framework (hwmon)
• 雜項字符設(shè)備 （misc)
• 通過memmap, IOmap在用戶空間直接操作processor i2c
• Industrial IO framework (iio)

通過hwmon框架實現(xiàn)

在linux中已經(jīng)支持通過hwmon框架方式實現(xiàn)pcf8591驅(qū)動的代碼。

下面只貼出部分代碼，具體請參見鏈接

static int pcf8591_probe(struct i2c_client *client,
       const struct i2c_device_id *id)
{
  struct pcf8591_data *data;
  int err;


  data = devm_kzalloc(&client- >dev, sizeof(struct pcf8591_data),
          GFP_KERNEL);
  if (!data)
    return -ENOMEM;


  i2c_set_clientdata(client, data);
  mutex_init(&data- >update_lock);


  /* Initialize the PCF8591 chip */
  pcf8591_init_client(client);


  /* Register sysfs hooks */
  err = sysfs_create_group(&client- >dev.kobj, &pcf8591_attr_group);
  if (err)
    return err;


  /* Register input2 if not in "two differential inputs" mode */
  if (input_mode != 3) {
    err = device_create_file(&client- >dev, &dev_attr_in2_input);
    if (err)
      goto exit_sysfs_remove;
  }


  /* Register input3 only in "four single ended inputs" mode */
  if (input_mode == 0) {
    err = device_create_file(&client- >dev, &dev_attr_in3_input);
    if (err)
      goto exit_sysfs_remove;
  }


  data- >hwmon_dev = hwmon_device_register(&client- >dev);
  if (IS_ERR(data- >hwmon_dev)) {
    err = PTR_ERR(data- >hwmon_dev);
    goto exit_sysfs_remove;
  }


  return 0;


exit_sysfs_remove:
  sysfs_remove_group(&client- >dev.kobj, &pcf8591_attr_group_opt);
  sysfs_remove_group(&client- >dev.kobj, &pcf8591_attr_group);
  return err;
}








static const struct i2c_device_id pcf8591_id[] = {
  { "pcf8591", 0 },
  { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, pcf8591_id);


static struct i2c_driver pcf8591_driver = {
  .driver = {
    .name  = "pcf8591",
  },
  .probe    = pcf8591_probe,
  .remove    = pcf8591_remove,
  .id_table  = pcf8591_id,
};


static int __init pcf8591_init(void)
{
  if (input_mode < 0 || input_mode > 3) {
    pr_warn("invalid input_mode (%d)n", input_mode);
    input_mode = 0;
  }
  return i2c_add_driver(&pcf8591_driver);
}


static void __exit pcf8591_exit(void)
{
  i2c_del_driver(&pcf8591_driver);
}


MODULE_AUTHOR("Aurelien Jarno < [email protected] >");
MODULE_DESCRIPTION("PCF8591 driver");
MODULE_LICENSE("GPL");


module_init(pcf8591_init);
module_exit(pcf8591_exit);

在編譯內(nèi)核modules需要把模塊添加進(jìn)去，或者單獨編譯好模塊再復(fù)制到樹莓派版中。

下圖為通過menuconfig配置模塊: 圖中“Philips PCF8591 ADC/DAC"選項

安裝模塊驅(qū)動

sudo insmod pcf8591.ko

安裝后可以在sysfs下查看，/sys/bus/i2c/drivers下多了一個pcf8591, 見下圖：

文中提到了hwmon設(shè)備常通過i2cbus探測的方式。但是我們卻可以看到pcf8591.c中并沒有detect函數(shù)：

static struct i2c_driver pcf8591_driver = {
  .driver = {
    .name  = "pcf8591",
  },
  .probe    = pcf8591_probe,
  .remove    = pcf8591_remove,
  .id_table  = pcf8591_id,
};

這是因為pcf8591沒有“制造商和設(shè)備ID寄存器”。

因此我們可以通過方式1，方式2和方式4

• 方法1:靜態(tài)聲明I2C設(shè)備
  • 通過devicetree聲明I2C設(shè)備
  • 在板級文件中聲明I2C設(shè)備
• 方法2:顯式實例化設(shè)備
• 方法3:對某些設(shè)備進(jìn)行I2C總線探測
• 方法4:從用戶空間實例化

為了避免麻煩，這里就選擇方法4。

先查看地址，然后通過sysfs, new_device的方式實例化（參見上篇）

實例化成功后，如上圖，便可以通過sysfs來獲取adc的值，以及設(shè)置dac的值。

cat /sys/class/hwmon/hwmon1/device/in0_input

**misc驅(qū)動框架實現(xiàn) **

misc的意思是混合、雜項的，因此MISC驅(qū)動也叫做雜項驅(qū)動，也就是當(dāng)我們板子上的某些外設(shè)無法進(jìn)行分類的時候就可以使用MISC驅(qū)動。misc設(shè)備也是一個字符設(shè)備，在misc的初始化函數(shù)中注冊了一個字符設(shè)備，主設(shè)備號為MISC_MAJOR (10)。

驅(qū)動分為兩部分：i2c設(shè)備驅(qū)動，i2c設(shè)備顯式實例化

在i2c設(shè)備顯示實例化中調(diào)用，i2c_new_probed_device函數(shù)

i2c_new_probed_device(i2c_adap,&i2c_info,i2c_addr_list,NULL);

在某些設(shè)備中，比如需要后期插入i2c模塊板，而預(yù)先不知道I2C總線的編號，則可以顯式地實例化I2C設(shè)備。這是通過填充結(jié)構(gòu)體i2c_board_info并調(diào)用i2c_new_client_device()來完成。

如下圖，分別將，i2c設(shè)備驅(qū)動，i2c設(shè)備顯式實例化，編譯成pcf8591.ko 和pcf8591_dev.ko, 然后通過Insmod加載

再另外編寫應(yīng)用代碼，open misc設(shè)備，進(jìn)行讀寫操作。

通過memmap, IOmap在用戶空間直接操作processor i2c

樹莓派的一些庫，如bcm2835, wiringpi等

/* Open the master /dev/mem device */
      if ((memfd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC) ) < 0)
    {
      fprintf(stderr, "bcm2835_init: Unable to open /dev/mem: %sn",
          strerror(errno)) ;
      goto exit;
    }


      /* Base of the peripherals block is mapped to VM */
      bcm2835_peripherals = mapmem("gpio", bcm2835_peripherals_size, memfd, (off_t)bcm2835_peripherals_base);
      if (bcm2835_peripherals == MAP_FAILED) goto exit;


      /* Now compute the base addresses of various peripherals,
      // which are at fixed offsets within the mapped peripherals block
      // Caution: bcm2835_peripherals is uint32_t*, so divide offsets by 4
      */
      bcm2835_gpio = bcm2835_peripherals + BCM2835_GPIO_BASE/4;
      bcm2835_pwm  = bcm2835_peripherals + BCM2835_GPIO_PWM/4;
      bcm2835_clk  = bcm2835_peripherals + BCM2835_CLOCK_BASE/4;
      bcm2835_pads = bcm2835_peripherals + BCM2835_GPIO_PADS/4;
      bcm2835_spi0 = bcm2835_peripherals + BCM2835_SPI0_BASE/4;
      bcm2835_bsc0 = bcm2835_peripherals + BCM2835_BSC0_BASE/4; /* I2C */
      bcm2835_bsc1 = bcm2835_peripherals + BCM2835_BSC1_BASE/4; /* I2C */
      bcm2835_st   = bcm2835_peripherals + BCM2835_ST_BASE/4;
      bcm2835_aux  = bcm2835_peripherals + BCM2835_AUX_BASE/4;
      bcm2835_spi1 = bcm2835_peripherals + BCM2835_SPI1_BASE/4;

效率比較

下圖為使用misc設(shè)備驅(qū)動，在應(yīng)用代碼中進(jìn)行1ms采樣時，cpu的占用率5.2%。

而使用bcm2835庫進(jìn)行10ms周期的采樣時，cpu的占用率52.1%。

IIO

IIO 全稱是 Industrial I/O，當(dāng)你使用的傳感器本質(zhì)是 ADC 或 DAC 器件的時候，可以優(yōu)先考慮使用 IIO 驅(qū)動框架。比如常用的陀螺儀、加速度計、電壓/電流測量芯片、光照傳感器、壓力傳感器等內(nèi)部都是有個 ADC，內(nèi)部 ADC 將原始的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后通過其他的通信接口，比如 IIC、SPI 等傳輸給 SOC。Linux 內(nèi)核為了管理這些日益增多的 ADC 類傳感器，特地推出了 IIO 子系統(tǒng)。

iio 支持多種標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 設(shè)備訪問接口：char device, sysfs, configfs, debugfs。

IIO的4種接口

1). sysfs interface

• /sys/bus/iio/devices/iio:deviceX;
• 可用于配置 /dev/iio:deviceX 接口的 events / data
• 可用于輪循的方式低速地直接讀/寫 IIO 設(shè)備;
• Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-iio;

2). character device

• /dev/iio:deviceX，該接口在 IIO 子系統(tǒng)里是可選非必要的;
• 標(biāo)準(zhǔn)的文件 IO API: open(), read(), write(), close().
• 用于讀取 events 和 data;

3). configfs

• 用于配置額外的 IIO 特性，例如：軟件 triggers 或者 hrtimer triggers;
• 詳細(xì)說明：
  • Documentation/ABI/testing/configfs-iio;
  • Documentation/iio/iio_configfs.txt;

4). debugfs

• 一些調(diào)試功能，例如 direct_reg_access 節(jié)點可用于讀寫寄存器;

具體的代碼實現(xiàn)便不再花時間了，可以參考drivers下iio部分代碼。