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？
5 x" Q% u3 W$ `2 G. i0 D) L  1.1 IIO 概述
* B, I4 s, t0 x  1.2 IIO 相关的组件
2. IIO 功能特性
; x! G2 Z' X+ d; d2 C3. IIO 相关配置  
8 w- j6 f0 Z6 m. M  Z  3.1 配置内核
, ]0 Y; U' |( O2 Z% |  3.2 配置设备树
/ G, {' M2 O# r    3.2.1 IIO providers
    3.2.2 IIO consumers
! I- l* E; W, A8 a& d+ y4. IIO API
6 R8 @$ a2 u8 T# F0 l( i  4.1 用户空间 API
2 N+ |1 I, ~7 N' r$ K1 c    4.1.1 4种接口
    4.1.2 操作实例
! y" U1 L& Y4 L5 ^* m5. 更多值得学习的知识点
6. 相关参考
0 ~  Q! S4 N. F/ X2 x* x: l

写作目的：

• 整理一些 IIO 子系统的入门知识。
  

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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：

支持的设备包括：
9 a; t  y! i. a6 @+ ]8 ]1 z* |

ADC / DAC
% F6 @: T- K- Z& Z* G7 a加速度计
磁力计
陀螺仪
, Q' X; Z4 W; i& \2 {压力传感器
湿度传感器
0 E% T/ q. x3 \. a' m: a温度传感器
" H, Y7 c4 q2 j...

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

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):
& [* E$ f% {$ K; `& b6 y2 W/ s

0 f- z1 I/ R+ P3 |$ H

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):

8 d0 K3 a4 u+ }) B

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):

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：
- |2 }% y. b3 Xinclude/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:

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2. IIO 的功能特性

相关参考：

• Linux-4.14/drivers/staging/iio/Documentation/overview.txt
  

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;
  1 Q- ~+ ]! n9 G! L

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;

  
  9 Z$ t/ j% k6 h3 C

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 menuconfig
% ?7 r1 t8 [: cDevice Drivers  --->
2 a% f+ i" ^" }; W6 d  z7 z  <*> Industrial I/O support  --->
   

   Enable buffer support within IIO
* L; z7 z, ^5 S9 p& k: y! f  o     < >     IIO callback buffer used for push in-kernel interfaces
+ w$ Z4 }, e9 g0 Q5 f  z$ f- m     <*>     Industrial I/O HW buffering
% r. ]# S5 c" c     <*>     Industrial I/O buffering based on kfifo
7 {' z8 }) O' H     < >   Enable IIO configuration via configfs                        
     

   Enable triggered sampling support
     (2)     Maximum number of consumers per trigger                    
5 |4 ?* |7 W) ^) u' h     < >   Enable software triggers support                             
           Accelerometers  --->                                         
9 w' d* Y3 ?. e/ U0 z' O. P           Analog to digital converters  --->                          
           Amplifiers  --->                                             
- F: D; L4 ^, t/ P  Q' S  L           Chemical Sensors  --->                                       
, M( X( a5 Y% @$ ^0 w! Y2 w& ?' }           Hid Sensor IIO Common  ----                                 
4 o% ^8 T% W6 x           SSP Sensor Common  --->                                      
           Digital to analog converters  --->                           
! A& k& \8 q! i- \8 t2 O           IIO dummy driver  --->                                       
, Q  `% X# U" W/ \! U           Frequency Synthesizers DDS/PLL  --->                        
           Digital gyroscope sensors  --->                              
           Health Sensors  --->                                         
+ U/ H* l+ e7 z6 s8 B# Q* y4 M           Humidity sensors  --->                                       
( \% M# V1 P* {$ d& c           Inertial measurement units  --->                             
           Light sensors  --->                                          
           Magnetometer sensors  --->                                   
, n. m2 s8 l( {! L           Inclinometer sensors  ----                                   
( H2 p" ]4 S7 A6 T           Triggers - standalone  --->                                 
* x" G1 w$ ?: k3 j! |) |- `/ M1 \           Digital potentiometers  --->                                 
4 f( E8 t/ b' f1 }3 h2 r           Pressure sensors  --->                                       
           Lightning sensors  --->                                      
6 s* s! f! }' n. S0 `" K4 ]1 Z" q% w% r           Proximity sensors  --->                                      
- d5 q$ a7 x7 q: T           Temperature sensors  --->
; [4 s6 x! F- y% _9 q' ^

从配置项的数目来看，IIO 的用途真的很广泛。

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3.2 配置设备树

相关参考：

• Linux-4.14/Documentation/devicetree/bindings/iio/iio-bindings.txt
  * C$ V, }0 z  H/ w' Y

3.2.1 IIO providers

1) 相关要点：

• IIO channels 源在设备树中用 IIO providers 来指定;
  - D8 J6 H# [7 @0 A9 S4 S1 V+ A- [, N/ l

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";
1 F. f3 }$ a/ L9 b9 N% Y$ {! e  reg = <0x35>;
6 u5 L; s6 U  q% B/ g1 ^. i/ P* Y  #io-channel-cells = <1>;
* L- Z/ k7 r2 k$ h2 I* c/ P2 J};

4) 例子2 (with trigger)

adc@35 {
  compatible = "some-vendor,some-adc";
  reg = <0x35>;
6 Z  D2 v7 v: `$ [* u
  adc1: iio-device@0 {
    #io-channel-cells = <1>;
1 h) q5 |5 X) t$ U! W+ t0 w* M    /* other properties */
  };
  adc2: iio-device@1 {
    #io-channel-cells = <1>;
- v& a; k' H" x6 U, z- X5 A    /* other properties */
- n; R" u7 ?' |+ J+ v  };
" b0 O' i" Q, A- u9 W};
2 Z2 z) c: s4 i. ?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;

  
  * x4 a' s2 L. e: t: i

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。
  : m( {: ^4 S+ @6 p' D

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。
  + f5 g3 I8 P) [; J/ G! A( t

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。

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4. IIO API4.1 用户空间 API

相关参考：

• IIO user space interface
• How to use the IIO user space interface
  - j' g# K2 K0 |1 m9 T. F: i- t

4.1.1 4种接口

1). sysfs interface

• /sys/bus/iio/devices/iio:deviceX;

• 可用于配置 /dev/iio:deviceX 接口的 events / data

• 可用于轮循的方式低速地直接读/写 IIO 设备;

• Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-iio;

  
  $ D/ U& ~/ A: K, _. {

2). character device

• /dev/iio:deviceX，该接口在 IIO 子系统里是可选非必要的;

• 标准的文件 IO API: open(), read(), write(), close().

• 用于读取 events 和 data;

  
  $ Q& Q" l/ m; Q7 _! I( f# E4 W

3). configfs

• 用于配置额外的 IIO　特性，例如：软件 triggers 或者 hrtimer triggers;

• 详细说明：

  
  
  • Documentation/ABI/testing/configfs-iio;
  • Documentation/iio/iio_configfs.txt;
    7 P+ G% x" u& `0 J- F: i2 F& }5 u! v

4). debugfs

• 一些调试功能，例如 direct_reg_access 节点可用于读写寄存器;
  

4.1.2 操作实例

IIO direct mode: 通过 sysfs 以轮循的方式读 ADC 或者写 DAC：
+ z; j2 ^0 \# S  A. c' \1) 直接读 ADC
1 S% X$ F5 x3 f1 a  \; ~确定 sysfs 节点(方式１,不依赖工具)

$ grep -H "" /sys/bus/iio/devices/*/name | grep adc
  y* o; L" N4 [1 E) @. ?/sys/bus/iio/devices/iio:device0/name:48003000.adc:adc@0
/sys/bus/iio/devices/iio:device1/name:48003000.adc:adc@1
& |" ~/ p7 y6 K! t$ ?2 P  W

sysfs 中的 iio:device0 sysfs 对应 ADC1;

$ cd /sys/bus/iio/devices/iio:device0/
$ cat in_voltage6_raw      # Convert ADC1 channel 0 (analog-to-digital): get raw value
40603
$ cat in_voltage_scale     # Read scale
0.044250488
: R$ B) Z2 Y$ ?* W3 z4 F! f: L8 v$ cat in_voltage_offset    # Read offset
0
$ awk "BEGIN{printf (\"%d\n\", (40603 + 0) * 0.044250488)}"
1796  
8 Q; P4 Y! d( j. K  u( [- Z5 C) b2 W

计算公式: Scaled value = (raw + offset) * scale = 1796 mV;

2) 直接写 DAC
( R0 c. i2 `. e" E确定 sysfs 节点(方式２)

$ lsiio | grep dac
Device 003: 40017000.dac:dac@1
7 B: m  ^5 x5 ?2 t5 aDevice 004: 40017000.dac:dac@2
  ]! @7 I% c$ d$ A& b5 {' G. N

sysfs 中的 iio:device3 sysfs 对应 DAC1，lsiio 来源于Linux 内核源码(tools/iio/)。

$ cd /sys/bus/iio/devices/iio:device3/
$ cat out_voltage1_scale              # Read scale
0.708007812
' C! w2 p+ F5 v, X4 `$ awk "BEGIN{printf (\"%d\n\", 2000 / 0.708007812)}"  # 假设要输出 2000 mV
- [! P( G' P& {& i2824
$ ~% m8 p/ E6 f% o1 P7 b# ~& y$ echo 2824 > out_voltage1_raw        # Write raw value to DAC1
$ echo 0 > out_voltage1_powerdown     # Enable DAC1 (out of power-down mode)
! Q4 k, a) G' w1 n. Y$ ^5. 更多值得学习的知识点

• 以 timer triggers 和 buffers 的方式读 ADC 或者写 DAC;
• IIO 内核空间 API;
• 编写 IIO device driver
• 编写 IIO consumer driver
• ...
  ( M% I1 c, ?& r% v. L

鉴于大多数人的注意力无法在一篇文章里上集中太久，更多的内容请大家先自行去阅读吧，不是自己理解到的东西是消化不了的。有机会的话我会把更多的读书心得放在后面的文章。

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6. 相关参考

• IIO Overview
• Linux Industrial I/O Subsystem
• 《Linux Device Drivers Development》
  

本文只是一篇入门的文章，仍然有许多细节的知识点没有被描述到。如果本文能让你对 IIO 子系统有个大概的认识，那么本文的目的也就算达成了，以后还会继续写更多 IIO 子系统的文章。知识的学习应该是螺旋上升的，找到一条平缓的学习路线很重要，先有一个整体的概念，然后再不断地去丰富细节会比较好一点。就好像爬山一样，相对于几千米的高山，人类看起来总是显得多么的渺小，但是只要每天平稳地走几百个阶梯，再高的山也能在不知不觉中走完。

* X7 R% A- B) @: C% v+ j