LINUX IIO子系統分析之五 iio buffer介紹

上一章我們介紹了iio子系統中的iio event模塊，本章我們將介紹iio buffer模塊，iio buffer主要用於連續數據採集與緩存功能。IIO buffer模塊藉助IIO DEVICE字符設備文件與應用程式通信，同時藉助iio trigger模塊與iio device進行交互，因此本章內容分為如下幾部分：

一、 IIO DEVICE字符設備文件操作接口

二、iio buffer相關數據結構

三、IIO trigger-buffer介紹

四、IIO buffer相關接口說明

一、 IIO DEVICE字符設備文件操作接口

在IIO 子系統中，每一個IIO DEVICE均會創建一個字符設備文件，名稱為/dev/iio:deviceX,該字符設備文件節點在iio_device_register中調用cdev_init、cdev_add完成字符設備文件節點的創建，且文件操作接口為iio_buffer_fileops（而藉助sysfs的kobject uevent，則會將cdev add的信息發送給應用程式，應用層的mdev/udev接收到cdev add的uevent之後，則會調用mknod完成字符設備文件節點的創建，詳細內容可參考我之前寫的字符設備文件專欄的內容《》）。

而/dev/iio:deviceX主要實現兩個功能：

1. 用於讀取iio device緩存的已採集數據，從而讓應用程式對採集的數據進行分析；
2. 藉助該字符設備文件的ioctl接口，實現匿名iio event fd的創建，從而讓應用程式藉助select/epoll監控該匿名文件是否有event信息可讀；

如下即是/dev/iio:deviceX的訪問流程，應用程式通過open/read/poll/ioctl接口則會調用內核中VFS提供的操作接口，最終則調用iio_buffer_fileops中定義的接口。

iio_buffer_fileops的定義如下

二、iio buffer相關數據結構

struct iio_buffer與struct iio_buffer_setup_ops

iio_buffer主要是用於存儲連續採集數據的緩存，其主要包括兩個主要的數據結構struct iio_buffer、struct iio_buffer_access_func（其實是三個數據結構，還有數據結構struct iio_kfifo，其內部包含struct iio_buffer類型變量和struct kfifo類型變量用於緩存數據）。

針對struct iio_buffer主要包括如下幾個方面的內容：

1. iio_buffer緩存數據的個數（即length）；
2. iio_buffer每一次採集數據的長度（bytes_per_datum，而bytes_per_datum*length即為kfifo存儲數據的內存空間大小）；
3. Scan_el_dev_attr_list主要用於將所有iio_buffer子模塊創建的屬性變量集合在一起（iio_buffer）；
4. scan_el_attrs存儲各設備驅動自行定義的靜態屬性（生成的屬性文件在scan_elements子目錄下）；
5. attrs也是存儲存儲各設備驅動自行定義的靜態屬性（該變量定義的屬性文件在buffer子目錄下）；
6. buffer_group、scan_el_group包含iio buffer子模塊下所有屬性，其中buffer_group裡的屬性均在buffer子目錄下創建對應的屬性文件；scan_el_group裡的屬性均在scan_elements子目錄下創建對應的屬性文件；
7. pollq為等待隊列，主要為iio device的字符設備文件使用（該字符設備文件對應的讀接口和poll接口使用，當buffer中不存在數據時則sleep在該等待隊列中）；
8. watermark為緩存多少個數據後，喚醒pollq（實際內存空間大小為watermark*bytes_per_datum）。

針對struct iio_buffer_access_funcs則是該iio_buffer對應的緩存空間的訪問訪問，目前使用kfifo緩存數據，則其訪問方法為iio_store_to_kfifo、iio_read_first_n_kfifo等，主要是將數據存儲至kfifo或從kfifo中取出緩存數據等

三、IIO trigger-buffer介紹

藉助於IIO trigger機制，iio-device在數據可讀時，將數據push 到iio buffer子模塊的緩存中，實現緩存連續採集的數據。如下圖所示，即為iio trigger-buffer的實現機制，其中紅線部分即是iio trigger的部分，而右邊黃線部分則是iio buffer的部分(關於iio trigger的介紹請參考)。具體說明如下：

1. 實現iio trigger的註冊，該iio trigger 可支持多個consumer（此處的consumer即為iio buffer），而iio trigger主要是藉助其內部實現的虛擬中斷控制器，從而實現支持多個consumer；而iio trigger需要與iio device進行綁定，僅在iio device與iio trigger綁定後，iio device driver則可以通過監控iio device觸發事件（如中斷），然後調用iio_trigger_poll接口，該接口調度所有虛擬中斷對應的中斷處理函數（即調用iio trigger consumer提供的中斷處理接口，而在該中斷處理接口中從iio device中讀取數據，並調用iio_push_to_buffer，將數據push到iio buffer的kfifo中；
2. 而應用程式則通過iio buffer 字符設備文件接口，從iio buffer的kfifo中讀取採集的數據信息。）

藉助以上的信息，則實現了iio trigger與iio buffer的結合，並實現iio device 採集數據的緩存與讀取操作。

四、IIO buffer相關接口說明

iio trigger與iiobuffer關聯接口

主要提供接口iio_triggered_buffer_setup用於實現該功能，該接口實現的功能主要包括：

1. 申請iio buffer類型的變量，同時完成iio_dev->pollfunc的定義（struct iio_poll_func*類型的變量，該變量主要包含iio trigger內部虛擬中斷處理接口的賦值、申請的虛擬中斷id等）;

1. 完成iio_dev->setup_ops的賦值（即struct iio_buffer_setup_ops*類型的變量，該數據結構主要用於實現iio buffer與iiotrigger的綁定與解綁接口，一般使用iio buffer實現的默認變量iio_triggered_buffer_setup_ops）， iio_triggered_buffer_setup_ops的定義如下。
1. 其中iio_triggered_buffer_postenable則實現iio trigger與iio buffer的綁定，即通過調用iio_trigger_attach_poll_func接口從iio trigger中申請一個虛擬的irq，並完成該irq的中斷處理函數的設置；當iio device調用iio_trigger_poll接口將觸發信息發送給iio trigger時，iio trigger則會觸發所有虛擬中斷處理接口，由各中斷的中斷處理函數從iio device中進行數據的採集，並調用iio_push_buffer接口，將採集的數據push到iio buffer的kfifo中。
2. 而iio_triggered_buffer_predisable則解除iio trigger與iio buffer的綁定，即free申請的虛擬irq。

iio buffer相關的sysfs屬性文件創建接口

iio_buffer_alloc_sysfs_and_mask接口用於實現iio buffer相關sysfs屬性文件的創建，其中創建兩類sysfs屬性文件：

1. iio buffer使能、iio kfifo長度、應用程式可讀取數據的最小等待個數，主要是在/sys/bus/iio/devices/iio:deviceX目錄下創建子目錄buffer，該子目錄下創建三個屬性文件，分別為enable、length、watermark；
1. 其中enable用於實現iio buffer使能的設置及查看，當通過該文件使能iio buffer時，則完成iio buffer的kfifo大小申請、單次採集數據大小更新、已使能的採集通道數據等更新，並最終調用iio_buffer_setup_ops->postenable接口，實現iio trigger與iio buffer的綁定；
2. length主要設置iio buffer的kfifo的容量大小；
3. watermark則主要修改應用程式一次可讀取數據的最小等待個數，當buffer中存儲的數據個數超過該值後，則在poll接口iio_buffer_poll中標記該文件可讀（epoll、select監控該標記）；
2. iio buffer相關的採集通道的使能與否相關的sysfs屬性文件，主要是在/sys/bus/iio/devices/iio:deviceX目錄下創建子目錄scan_elements，創建採集通道使能屬性文件、採集數據的格式、採集通道的index等，如本專欄實現的虛擬溫度晶片（virt0824型號），為兩個通道創建了採集通道使能相關的屬性文件，如下圖所示：

scan_elements目錄下的屬性文件，則主要是根據iio device driver中定義的struct iio_chan_spec類型變量進行創建，上面的文件主要是根據下面的定義進行創建的（如下藍色陰影部分，定義了scan index的值、scan type，其中scan index即對應io_tempX_index,而in_tempX_type則主要為scan_type定義的值，這兩個屬性文件的屬性為只讀屬性）：

此處以該device為例，說明如何開啟iio buffer，主要分為如下幾步：

1. 使能採集通道：
1. echo 1 >scan_elements/in_temp0_en
2. 設置iio buffer kfifo長度
1. echo 16 > buffer/length
3. 設置iio buffer watermark
1. echo 2 > buffer/watermark
4. 使能iio buffer
1. echo 1 > buffer/enable

執行以上各步驟，即可完成iio buffer的使能，現在我們讓virt0824xinp觸發兩次中斷，從而觸發iio-trigger-buffer進行數據的採集

然後執行如下命令，看獲取到採集數據：

以上即是iio buffer的主要功能，主要說明了iio trigger與iio buffer的綁定部分、iio buffer字符設備文件訪問流程、iio buffer相關sysfs屬性文件的定義及使用過程。下一章我們分析iio device的註冊流程。