下面是PCF8591的介紹:

PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591 具有 4 個(gè)模擬輸入、1 個(gè)模擬輸出和 1個(gè)串行 I2C 總線接口。PCF8591 的 3 個(gè)地址引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個(gè) I2C 總線上接入 8 個(gè) PCF8591 器件，而無(wú)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(hào)都是通過(guò)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(dòng)的以下幾種實(shí)現(xiàn)方式

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

通過(guò)hwmon框架實(shí)現(xiàn)

在linux中已經(jīng)支持通過(guò)hwmon框架方式實(shí)現(xiàn)pcf8591驅(qū)動(dòng)的代碼。

下面只貼出部分代碼，具體請(qǐng)參見(jiàn)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 < aurelien@aurel32.net >");
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(dú)編譯好模塊再?gòu)?fù)制到樹(shù)莓派版中。

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

安裝模塊驅(qū)動(dòng)

sudo insmod pcf8591.ko

安裝后可以在sysfs下查看，/sys/bus/i2c/drivers下多了一個(gè)pcf8591, 見(jiàn)下圖：

文中提到了hwmon設(shè)備常通過(guò)i2cbus探測(cè)的方式。但是我們卻可以看到pcf8591.c中并沒(méi)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?yàn)閜cf8591沒(méi)有“制造商和設(shè)備ID寄存器”。

因此我們可以通過(guò)方式1，方式2和方式4

• 方法1:靜態(tài)聲明I2C設(shè)備
  • 通過(guò)devicetree聲明I2C設(shè)備
  • 在板級(jí)文件中聲明I2C設(shè)備
• 方法2:顯式實(shí)例化設(shè)備
• 方法3:對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行I2C總線探測(cè)
• 方法4:從用戶空間實(shí)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(guò)sysfs, new_device的方式實(shí)例化（參見(jiàn)上篇）

實(shí)例化成功后，如上圖，便可以通過(guò)sysfs來(lái)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(dòng)框架實(shí)現(xiàn) **

misc的意思是混合、雜項(xiàng)的，因此MISC驅(qū)動(dòng)也叫做雜項(xiàng)驅(qū)動(dòng)，也就是當(dāng)我們板子上的某些外設(shè)無(wú)法進(jìn)行分類(lèi)的時(shí)候就可以使用MISC驅(qū)動(dòng)。misc設(shè)備也是一個(gè)字符設(shè)備，在misc的初始化函數(shù)中注冊(cè)了一個(gè)字符設(shè)備，主設(shè)備號(hào)為MISC_MAJOR (10)。

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

在i2c設(shè)備顯示實(shí)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(hào)，則可以顯式地實(shí)例化I2C設(shè)備。這是通過(guò)填充結(jié)構(gòu)體i2c_board_info并調(diào)用i2c_new_client_device()來(lái)完成。

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

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

通過(guò)memmap, IOmap在用戶空間直接操作processor i2c

樹(shù)莓派的一些庫(kù)，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(dòng)，在應(yīng)用代碼中進(jìn)行1ms采樣時(shí)，cpu的占用率5.2%。

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

IIO

IIO 全稱(chēng)是 Industrial I/O，當(dāng)你使用的傳感器本質(zhì)是 ADC 或 DAC 器件的時(shí)候，可以?xún)?yōu)先考慮使用 IIO 驅(qū)動(dòng)框架。比如常用的陀螺儀、加速度計(jì)、電壓/電流測(cè)量芯片、光照傳感器、壓力傳感器等內(nèi)部都是有個(gè) 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(guò)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(lèi)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(wèn)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(xiě) 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(shuō)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(diǎn)可用于讀寫(xiě)寄存器;

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