linux gsensor驱动分析【转】

本文转载自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_89f592f501013sr2.html

本文以Bma250驱动为例子，详细介绍Gsensor设计的一个模板。

gsensor驱动在系统中的层次如下图所示：

图中包含三个部分：hardware, driver, input：

n         Hardware：其实我们可以认为Gsensor也是一个I2C设备。整个Gsensor芯片分为两部分，一个是sensor传感器，另一个是controller控制器，用于将sensor挂载在linux系统的I2C上。驱动程序则通过I2C与Gsensor做通信。

n         Gsensor Driver：是驻留于操作系统中，为gsensor hardware服务的一个内核模块；它将gsensor hardware采集到的原始数据，进行降噪，滤波，获得当前平板的空间状态，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。

n         Input core: 是linux为简化设备驱动程序开发，而开发的一个内核子系统；发给input core的数据将提供给操作系统使用。

实际使用时，驱动按照一定的时间间隔，通过数据总线，获取gsensor hardware采集到的数据，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。

2 Gsensor驱动设计要求

由gsensor驱动在系统中的层次，上有Input core，下有I2C，驱动需要通过I2C采集信息，并准确及时的上报数据至input core。驱动上报的数据，是被input core管理并被上层使用的，应符合input core和上层应用框架的要求；

2.1符合Input输入子系统的设计规范

n         接口：Gsensor驱动，在设计上，不应自行决定是否上报，上报频率等，应提供接口，供上层应用控制驱动的运行和数据上报：包括使能控制Enable， 上报时延delay等；通常通过sysfs文件系统提供，这部分实现，遵循标准的linux规范；

n         上报数据的方式：或者提供接口供上层访问（eg: ioctl），或者挂接在系统子系统上，使用系统子系统的接口，供上层使用(eg: input core)；

n         读取数据的支持：应满足读取数据的要求，进行相应的配置；本文以i2c总线为例，简要说明在A1x平台上，配置总线传输相关信息；

2.2 I2c总线的配置

要使用i2c总线进行数据传输，需注册i2c driver,创建i2c-client，以便使用i2c-adapter进行数据传输；

要成功注册i2c driver有两种方式：

n         使用i2c_register_board_info：此方式，需要在系统启动时，进行相关信息的注册，不利于模块化开发，现已不推荐；目前,在２.６内核上，还支持此方式，在３．０上已不再支持；

n         使用detect方式：在模块加载时，进行检测，在条件成立时，注册i2c设备相关信息，创建i2c-client，并注册i2c driver，执行probe操作;

需要说明的是，此两种方式可共存，目前２.6就是这样的；在共存时，以i2c_register_board_info信息为更高优先级，在i2c_register_board_info已经占用设备的前提下，内核发现设备被占用，不会执行detect, 因而不会有冲突。

3 gsensor模块硬件说明

n         gsensor硬件，负责获取gsensor传感器所处的空间状态信息，存放于fifo中，供主控使用，不同的硬件平台，数据准备好后，告知主控的方式及主控获取数据的方式略有不同。

n         告知主控的方式：gsensor作为传感器，本身无法区分哪些数据是应该上报的，哪些数据是无效的，它只能接受主控的控制，以主控主动查询为主；

n         主控获取数据的方式：通过ahb, i2c, spi,usb等方式获取都是可能的。以下以一种典型的硬件连接为例，描述gsensor 传感器，gsensor ic, 主控之间的连接关系；

3.1 gsensor硬件连接

Gsensor在硬件上，只有i2c连接，这些连接信息，需要事先告知驱动，从而从指定的设备上读取数据；这些连接信息，通过sysconfig1描述，在驱动中使用；

4 驱动设计

4.1 支持模组列表

在A1x平台上支持Gsensor列表如下：

支持的 模组	Chip ID 寄存器	Chip ID值	I2C地址	I2C设备注册 名称	unuse_name
bma250	0x00	3	0x18	bma250	bma250
bma222	0x00	3	0x08	bma250	bma222
bma150	0x00	2	0x38	bma250	bma150
kxtik-1004	0x0f	0x05	0x0f	kxtik	kxtik
kxtj9-1005	0x0f	0x08	0x0f	kxtik	kxtik
dmard06	0x0f	0x06	0x1c	dmard06	dmard06
mma7660	无	无	0x4c	mma7660	mma7660
mma8452	0x0d	0x2a	SA0 = 0: 0x1c	mma8452	mma8452c
			SA0 = 1: 0x1d		Mma8452d
afa750	0x37	0x3d or 0x3c	0x3d	afa750	afa750
mxc6225	无	无	0x15	mxc622x	mxc622x

4.2 Gsensor配置

在A1x的方案中，Gsensor的配置在sys_config1.fex文件中：

[gsensor_para]

gsensor_used             = 1          //是否使用gsensor

gsensor_name             = "bma250"  //名称

gsensor_twi_id           = 1           //使用哪组I2C

gsensor_twi_addr         = 0x18        // I2C设备地址（7位地址）

4.3 关键数据结构

4.3.1 i2c_driver

static struct i2c_driver bma250_driver = {

.class = I2C_CLASS_HWMON,

.driver = {

.owner    = THIS_MODULE,

.name      = SENSOR_NAME,

},

.id_table   = bma250_id,

.probe                    = bma250_probe,

.remove                 = bma250_remove,

.address_list           = u_i2c_addr.normal_i2c,

};

在驱动程序中，静态初始化i2c_driver结构体给bma250_driver变量，该变量完成gsensor驱动的主要工作，匹配设备名，设备的侦测等，文件操作结构体如上所示。

4.3.2 bma250_data

struct bma250_data {

struct i2c_client *bma250_client;

atomic_t delay;

atomic_t enable;

unsigned char mode;

struct input_dev *input;

struct bma250acc value;

struct mutex value_mutex;

struct mutex enable_mutex;

struct mutex mode_mutex;

struct delayed_work work;

struct work_struct irq_work;

#ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND

struct early_suspend early_suspend;

#endif

};

代表了gsensor驱动所需要的信息的集合，用于帮助实现对采样信息的处理。

4.3.3 delayed_work

struct delayed_work {

struct work_struct work;

struct timer_list timer;

};

Delayed_work一般用来触发定时的操作，在定时时间到后，完成指定操作，通过不断的触发定时操作，实现按照一定频率的执行指定操作；

4.3.4 bma250acc

struct bma250acc{

s16         x,

y,

z;

} ;

用于记录采样时获得的信息。

5 驱动流程解析

5.1模块加载

static struct i2c_driver bma250_driver = {

.class = I2C_CLASS_HWMON,

.driver = {

.owner    = THIS_MODULE,

.name      = SENSOR_NAME,

},

.id_table   = bma250_id,

.probe                    = bma250_probe,         //注册完成时调用

.remove                 = bma250_remove,

.address_list           = u_i2c_addr.normal_i2c,   //IIC地址

};

static int __init BMA250_init(void)

{

if(gsensor_fetch_sysconfig_para()){       //解析sys_config1.fex文件

printk("%s: err.\n", __func__);

return -1;

}

bma250_driver.detect = gsensor_detect;

ret = i2c_add_driver(&bma250_driver);   //开始向IIC注册

}

static void __exit BMA250_exit(void)

{

i2c_del_driver(&bma250_driver);

}

module_init(BMA250_init);

module_exit(BMA250_exit);

内核加载驱动模块的时候将调用到BMA250_init()方法

n         初始化了i2c_driver结构体给bma250_driver变量，将用于将设备注册到IIC。关键在于结构体中的probe()方法，注册完成的时候将调用

n         调用gsensor_fetch_sysconfig_para()解析sys_config1.fex文件，读取到IIC的地址，并赋值给u_i2c_addr.normal_i2c。

n         调用i2c_add_driver开始向IIC注册driver，完成注册后将调用bm250_probe()方法

5.2 bma250初始化工作-probe

static int bma250_probe(struct i2c_client *client,

const struct i2c_device_id *id)

{

int err = 0;

int tempvalue;

struct bma250_data *data;

……

data = kzalloc(sizeof(struct bma250_data), GFP_KERNEL); //为bma250_data结构体申请内存

tempvalue = 0;

tempvalue = i2c_smbus_read_word_data(client, BMA250_CHIP_ID_REG);

if ((tempvalue&0x00FF) == BMA250_CHIP_ID) {

printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected!\n" \

"BMA250 registered I2C driver!\n");

} else if ((tempvalue&0x00FF) == BMA150_CHIP_ID) {

printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected!\n" \

"BMA150 registered I2C driver!\n");

}

……

i2c_set_clientdata(client, data); //将设备驱动的私有数据连接到设备client中

data->bma250_client = client;

mutex_init(&data->value_mutex);

mutex_init(&data->mode_mutex);

mutex_init(&data->enable_mutex);

bma250_set_bandwidth(client, BMA250_BW_SET);

bma250_set_range(client, BMA250_RANGE_SET);

INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func);//创建工作队列

bma_dbg("bma: INIT_DELAYED_WORK\n");

atomic_set(&data->delay, BMA250_MAX_DELAY);

atomic_set(&data->enable, 0);

err = bma250_input_init(data);  //向Input子系统注册

…...

err = sysfs_create_group(&data->input->dev.kobj, //创建sysfs接口

&bma250_attribute_group);

}

在bma250_probe函数中，主要完成了以下几件事：

n         为驱动私有数据结构体bma250_data分配内存空间

n         读取IIC chip id

n         将设备驱动的私有数据(bma250_data)连接到设备client(i2c_client)中

n         创建工作队列

n         将bma250驱动注册到linux input子系统

n         创建sysfs接口

下面对以上这些工作做详细解释，分配数据内存空间就不讲了

5.2.1 读取IICchip id

在4.1的列表中，我们可以看到bma250的chip ID寄存器为0x00，chip ID的值为3。而上面代码有两个宏的定义：

#define BMA250_CHIP_ID_REG  0x00

#define BMA250_CHIP_ID       3

调用IIC接口i2c_smbus_read_word_data()读取IIC上bma250的chip id，返回的值tempvalue=3的时候，说明是正确的！

5.2.2 初始化工作队列

先提一个问题，为什么要创建工作队列？在前面的介绍中我们知道，sensor传感器获取数据后，将数据传给controller的寄存器中，供主控去查询读取数据。所以这里创建的工作队列，就是在一个工作者线程，通过IIC不断的去查询读取controller上的数据。

工作队列的作用就是把工作推后,交由一个内核线程去执行,更直接的说就是如果写了一个函数,而现在不想马上执行它,想在将来某个时刻去执行它,那用工作队列准没错.大概会想到中断也是这样,提供一个中断服务函数,在发生中断的时候去执行,没错,和中断相比,工作队列最大的好处就是可以调度可以睡眠,灵活性更好。

上面代码中我们看到INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func)，其实是一个宏的定义，在include/linux/workqueue.h中。bma250_work_func()就是我们定义的功能函数，用于查询读取Sensor数据的，并上报Input子系统，代码如下：

static void bma250_work_func(struct work_struct *work)

{

struct bma250_data *bma250 = container_of((struct delayed_work *)work,

struct bma250_data, work);

static struct bma250acc acc;

unsigned long delay = msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay)); //延时时间

bma250_read_accel_xyz(bma250->bma250_client, &acc); //读取Sensor数据

input_report_abs(bma250->input, ABS_X, acc.x);

input_report_abs(bma250->input, ABS_Y, acc.y);

input_report_abs(bma250->input, ABS_Z, acc.z);

bma_dbg("acc.x %d, acc.y %d, acc.z %d\n", acc.x, acc.y, acc.z);

input_sync(bma250->input);

mutex_lock(&bma250->value_mutex);

bma250->value = acc;

mutex_unlock(&bma250->value_mutex);

schedule_delayed_work(&bma250->work, delay); //设定delay时间后再次执行这个函数

}

我们调用INIT_DELAYED_WORK()宏初始化了工作队列之后，那么什么时候将执行我们定义的功能函数bma250_work_func()呢？那么只需要调用schedule_delayed_work()即可在delay时间后执行功能函数。

在驱动设计中，我们在Sensor使能函数中调用schedule_delayed_work()开始启动工作队列，调用cancel_delayed_work_sync()停止工作队列。而我们在上面的功能函数bma250_work_func()中也调用了schedule_delayed_work(),这样功能函数将被重复调用，也就可以按照一个设定的频率查询读取Sensor数据了。然后通过input系统提供的接口函数input_report_abs()，向input系统报告新的数据。

5.2.3向input系统注册

Gsensor作为一个输入设备，按照linux设计标准，需要将Gsensor驱动注册到Input子系统中，注册代码如下：

static int bma250_input_init(struct bma250_data *bma250)

{

struct input_dev *dev;

int err;

dev = input_allocate_device();

if (!dev)

return -ENOMEM;

dev->name = SENSOR_NAME;

dev->id.bustype = BUS_I2C;

input_set_capability(dev, EV_ABS, ABS_MISC);

input_set_abs_params(dev, ABS_X, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

input_set_abs_params(dev, ABS_Y, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

input_set_abs_params(dev, ABS_Z, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

input_set_drvdata(dev, bma250);

err = input_register_device(dev);

bma250->input = dev;

}

就是由上面的代码，完成了Gsensor驱动向Input子系统注册，又三个步骤：

n         申请一个新的input设备，即为一个input_dev申请内存空间

n         设置input设备支持的数据类型

n         向input系统注册

5.2.4 创建sysfs 接口

为什么要创建sysfs接口？在驱动层创建了sysfs接口，HAL层通过这些sysfs接口，对Sensor进行操作，如使能、设置delay等。

5.2.4.1 sysfs接口函数的建立DEVICE_ATTR

说道sysfs接口，就不得不提到函数宏 DEVICE_ATTR，原型在<include/linux/device.h> ：

#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \

struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

函数宏DEVICE_ATTR内封装的是__ATTR(_name,_mode,_show,_stroe)方法：

n         _show：表示的是读方法，

n         _stroe表示的是写方法。

当然_ATTR不是独生子女，他还有一系列的姊妹__ATTR_RO宏只有读方法，__ATTR_NULL等等：

n         对设备的使用         DEVICE_ATTR

n         对驱动使用               DRIVER_ATTR

n         对总线使用               BUS_ATTR

n         对类别 (class) 使用  CLASS_ATTR

对于DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store)的四个参数，分别是名称、权限位、读函数、写函数。其中读函数和写函数是读写功能函数的函数名。

如果你完成了DEVICE_ATTR函数宏的填充，下面就需要创建接口了。例如如下：

1)

static DEVICE_ATTR(polling, S_IRUGO | S_IWUSR, show_polling, set_polling);
    static struct attribute *dev_attrs[] = {
            &dev_attr_polling.attr,
            NULL,
    };

2)        当你想要实现的接口名字是polling的时候，需要实现结构体struct attribute *dev_attrs[]。其中成员变量的名字必须是&dev_attr_polling.attr。然后再封装：

static struct attribute_group dev_attr_grp = {
            .attrs = dev_attrs,
        };

3)        在利用sysfs_create_group(&pdev->dev.kobj, &dev_attr_grp);创建接口

通过以上简单的三个步骤，就可以在adb shell 终端查看到接口了。当我们将数据 echo 到接口中时，在上层实际上完成了一次 write 操作，对应到 kernel ，调用了驱动中的 “store”。同理，当我们cat 一个 接口时则会调用 “show” 。到这里，只是简单的建立了 android 层到 kernel 的桥梁，真正实现对硬件操作的，还是在 "show" 和 "store" 中完成的。

5.2.4.2 bma250驱动sysfs接口建立

Bma250驱动sysfs接口建立，按照5.2.4.1上面介绍的三个步骤来实现。

n         调用宏DEVICE_ATTR完成对功能函数的注册

static DEVICE_ATTR(delay, S_IRUGO|S_IWUSR|S_IWGRP,

bma250_delay_show, bma250_delay_store);

static DEVICE_ATTR(enable, S_IRUGO|S_IWUSR|S_IWGRP,

bma250_enable_show, bma250_enable_store);

static struct attribute *bma250_attributes[] = {

&dev_attr_delay.attr,

&dev_attr_enable.attr,

NULL

};

对于bma250 Gsensor，我们需要用到的接口是对Gsensor使能和设置delay。设置delay的功能函数——读、写分别是bma250_delay_show、bma250_delay_store。使能的功能函数——读写分别是bma250_enable_show、bma250_enable_store。这里提到的四个函数，是需要在Gsensor驱动中实现的。

n         封装bma250_attributes数据结构

static struct attribute_group bma250_attribute_group = {

.attrs = bma250_attributes

};

n         真正创建接口

在bma250的初始化函数probe中——bma250_probe(),调用：

err sysfs_create_group(&data->input->dev.kobj,&bma250_attribute_group);

到此，完成了sysfs接口的创建，我们可以在根文件系统中看到/sys/class/input/input3/目录，在该目录下我们可以看到多个节点，其中就包含了enable和delay。我们以enable为例子，可以有两种方法完成对Gsensor的使能工作：

1)        直接使用shell命令

$cd /sys/class/input/input3

$echo 1 > enable

将1写到enable节点，那么将“1”作为参数调用到驱动的bma250_enable_store()方法，完成对Gsensor的使能工作。

2)        代码写设备节点

char buffer[20];

int len = sprintf(buffer, "%d\n", 1);

fd = open(“/sys/class/input/input3/enable”, O_RDWR);

write(fd, value, len)

5.3 读取并上报数据

在Android的HAL层，通过对/sys/class/input/input3/enable节点的写操作，使能Gsensor。调用到的方法是bma250_enable_store():

static ssize_t bma250_enable_store(struct device *dev,

struct device_attribute *attr,

const char *buf, size_t count)

{

……

bma250_set_enable(dev,data);

……

return count;

}

static void bma250_set_enable(struct device *dev, int enable)

{

struct i2c_client *client = to_i2c_client(dev);

struct bma250_data *bma250 = i2c_get_clientdata(client);

int pre_enable = atomic_read(&bma250->enable);

mutex_lock(&bma250->enable_mutex);

if (enable) {

if (pre_enable ==0) {

bma250_set_mode(bma250->bma250_client,

BMA250_MODE_NORMAL);

schedule_delayed_work(&bma250->work,

msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay)));

atomic_set(&bma250->enable, 1);

}

}……

}

我们看到了，在使能函数中，调用了schedule_delayed_work()开始工作队列，于是调用了功能函数bma250_work_func()

static void bma250_work_func(struct work_struct *work)

{

struct bma250_data *bma250 = container_of((struct delayed_work *)work,

struct bma250_data, work);

static struct bma250acc acc;

unsigned long delay = msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay));

bma250_read_accel_xyz(bma250->bma250_client, &acc);//读取数据

input_report_abs(bma250->input, ABS_X, acc.x);  //上报数据

input_report_abs(bma250->input, ABS_Y, acc.y);

input_report_abs(bma250->input, ABS_Z, acc.z);

bma_dbg("acc.x %d, acc.y %d, acc.z %d\n", acc.x, acc.y, acc.z);

input_sync(bma250->input);

mutex_lock(&bma250->value_mutex);

bma250->value = acc;

mutex_unlock(&bma250->value_mutex);

schedule_delayed_work(&bma250->work, delay); //继续开始下一个工作队列

}

在上面代码中，调用bma250_read_accel_xyz()方法读取Gsensor的三个数据，然后调用Input系统的接口函数input_report_abs()进行数据的上报。可以看到，当读取一次数据后，继续调用schedule_delayed_work()开始下一个工作队列，由此，功能函数bma250_work_func()将会按照一个的频率被执行。

那么对于HAL层，将通过/dev/input/event3设备节点读取到Gsensor数据。到此，Gsensor驱动的工作流程完毕。应该很好理解吧！

6 驱动调试

1）确保硬件各个管脚的连接顺序正确；

2）上电，测试各个管脚信号的电压正常，只有在保证硬件正常的情况下，进行软件驱动调试，方可保证驱动能够正常工作（该处最容易被很多软件开发人员忽视，务必注意，方可节省大部分时间）

3）将串口打印信息打开，串口打印信息设置：在打包工具中的 crane-win-v2\wboot\bootfs\linux目录下的params和paramsr两个文件中的语句的最后加入loglevel=9即可。gsensor驱动中所有的打印信息打开，查看驱动程序的配置信息读取状态以及I2C的初始化状态。

4）查看probe是否成功，如probe不成功，根据打印信息定位驱动的运行情况，是因为什么原因导致失败。

5）当probe成功之后，gsensor没反应，查看打印信息，是否enable，确保enable。

6）查看i2c通信状态，当串口打印信息显示i2C通信失败时，主要有以下两个原因，一是硬件上的，各个信号线接触不良，所以出现通信失败时，检查各引脚接触情况和电压情况。二是因为I2C的地址不正确导致，因为i2C地址为7位地址，所以可能是因为在配置的时候没有移位或者是主控IC有多个I2C地址，导致地址不匹配。在已知i2C地址的情况下，可以通过尝试的方法，进行I2C地址的匹配；在不知道I2C地址的情况下，可以通过扫描的方法查看在哪一个地址时，有应答，即可知道I2C通信地址，在将正确的地址填写sysconfig配置文件中即扫描i2c地址的示例代码如下所示：

static int goodix_iic_test(struct i2c_client * client)

{

struct i2c_msg msg;

int ret=-1;

uint8_t data[0];

int i;

for(i =0; i<256;i++)

{

msg.flags = !I2C_M_RD;//写消息

msg.addr = i;

msg.len = 1;

msg.buf = data;

ret=i2c_transfer(client->adapter, &msg,1);

if(ret == 1)

{

printk("IIC TEST OK addr = %x\n",i);

break;

}

mdelay(1000);

}

return ret;

}

若以上两种方法都不能正确进行i2c传输，则打开i2c传输打印，查看传输打印状态， 在编译服务器上，目录为workspace\exdroid\lichee\linux-2.6.36上，输入命令：

make ARCH=arm menuconfig ，选择Device Drivers->I2C support->I2C Hardware Bus support->SUN4I_IIC_PRINT_TRANSFER_INFO，输入Y进入bus num id(accepatable input:0,1,2)(new),输入数值，，若希望打印信息，数值对应相应的IIC号，gsensorIC用的是第二组，因此选择数值为2，若不希望打印信息，输入N退出保存即可。进行修改后，需要重新编译打包之后才能生效。

7）可使用adb工具查看驱动是否加载以及gsensor是否有反应，adb工具需要安装设备对应的驱动。使用adb shell工具查看驱动是否存在于机器中以及驱动是否已经加载，以及gsensor之后是否有反应。同时可以作为简单的调试工具，修改好的驱动PUSH到机器中，重启系统之后即可运行新的驱动，不用重新打包（配置文件内容除外）。使用到的命令如下所示：

adb shell    登录设备的shell

adb push xx.ko /drv      将触摸驱动通过adb工具push到机器中

cd    /drv  进入drv目录

ls    *.ko  查看机器中已经有了那些驱动

lsmod   查看系统中已经加载了那些模块

rmmod  ** 卸载驱动（注：不用加后缀）

insmod  **.ko  加载驱动

getevent  查看系统中已经注册了那些input设备(当触摸有效时，触摸屏幕，会有相应的打印信息)

参考：

工作队列：http://blog.csdn.net/zchill/article/details/7076561

SYsfs接口：http://blog.csdn.net/manshq163com/article/details/7848714