传感器驱动框架介绍
背景与概述
Sensor 是物联网重要的一部分，“Sensor 之于物联网”相当于“眼睛之于人类”。人没有眼睛就看不到这大千的花花世界，物联网没有了 Sensor 更是不能感知这变化万千的世界。
现在，为物联网开发的 Sensor 已经很多了，有加速度计(Accelerometer)，磁力计(Magnetometer)，陀螺仪(Gyroscope)，光感计(Ambient light sensor)，接近光(Proximity)，气压计(Barometer/pressure)，湿度计(Humidometer)等等。这些传感器，世界上的各大半导体厂商都有出产，虽然增加了市场的可选择性，同时也加大了应用程序开发的难度。因为不同的传感器厂商、不同的传感器都需要配套自己独有的驱动才能运转起来，这样在开发应用程序的时候就需要针对不同的传感器做适配，自然加大了开发难度。为了降低应用开发的难度，增加传感器驱动的可复用性，我们设计了 Sensor 驱动框架。
Sensor 驱动框架的作用是：为上层提供统一的操作接口，提高上层代码的可重用性；简化底层驱动开发的难度，只要实现简单的 ops(operations: 操作命令) 就可以将传感器注册到系统上。
整体框架
Sensor 驱动框架的整体架构图如下：
它为上层提供的是标准 device 接口open/close/read/write/control ，为底层驱动提供的是简单的 ops 接口:fetch_data/control。并且框架支持 module(模块)，为底层存在耦合的传感器设备提供服务。
工作原理
Sensor 设备其实是对标准设备 rt_device 的一个丰富，是在原有标准设备的基础上增加了 Sensor 自己独有的一部分 属性 和 控制命令 ，如下图所示：
整个 Sensor 设备包括两个部分：
- 继承自标准设备的一些特性，包括：标准的控制接口 、
回调函数、device_id等。 - Sensor 设备独有的部分，包括：
Sensor 的类型、相关的信息、特有的控制命令、ops、以及一些数据的结构。
sensor 的结构体
Sensor 设备的结构体如下所示：
struct rt_sensor_device
{
struct rt_device parent; /* The standard device */
struct rt_sensor_info info; /* The sensor info data */
struct rt_sensor_config config; /* The sensor config data */
void *data_buf; /* The buf of the data received */
rt_size_t data_len; /* The size of the data received */
const struct rt_sensor_ops *ops; /* The sensor ops */
struct rt_sensor_module *module; /* The sensor module */
rt_err_t (*irq_handle)(rt_sensor_t sensor); /* Called when an interrupt is generated, registered by the driver */
};
typedef struct rt_sensor_device *rt_sensor_t;Sensor 的信息
struct rt_sensor_info info 里存储的是一些与 Sensor 自身相关的信息，在 Sensor 设备注册的时候提供，在使用的过程中不应修改其内容。具体成员如下所示。
struct rt_sensor_info
{
rt_uint8_t type; /* The sensor type */
rt_uint8_t vendor; /* Vendor of sensors */
const char *model; /* model name of sensor */
rt_uint8_t unit; /* unit of measurement */
rt_uint8_t intf_type; /* Communication interface type */
rt_int32_t range_max; /* maximum range of this sensor's value. unit is 'unit' */
rt_int32_t range_min; /* minimum range of this sensor's value. unit is 'unit' */
rt_uint32_t period_min; /* Minimum measurement period,unit:ms. zero = not a constant rate */
rt_uint8_t fifo_max; /* Maximum depth of fifo */
};Sensor 的类型暂时只有以下几种，如果有新的传感器类型，可以提 PR 添加上。
#define RT_SENSOR_CLASS_ACCE (1) /* Accelerometer */
#define RT_SENSOR_CLASS_GYRO (2) /* Gyroscope */
#define RT_SENSOR_CLASS_MAG (3) /* Magnetometer */
#define RT_SENSOR_CLASS_TEMP (4) /* Temperature */
#define RT_SENSOR_CLASS_HUMI (5) /* Relative Humidity */
#define RT_SENSOR_CLASS_BARO (6) /* Barometer */
#define RT_SENSOR_CLASS_LIGHT (7) /* Ambient light */
#define RT_SENSOR_CLASS_PROXIMITY (8) /* Proximity */
#define RT_SENSOR_CLASS_HR (9) /* Heart Rate */
#define RT_SENSOR_CLASS_TVOC (10) /* TVOC Level */
#define RT_SENSOR_CLASS_NOISE (11) /* Noise Loudness */
#define RT_SENSOR_CLASS_STEP (12) /* Step sensor */
#define RT_SENSOR_CLASS_FORCE (13) /* Force sensor */其他的几个成员，分别是厂商、model（如:"mpu6050"）、传感器数据的单位、通信接口类型、测量的最大范围、测量的最小范围、最小测量周期、硬件 FIFO 的最大深度。
Sensor 的配置
Sensor 驱动框架抽象出了一些公共的配置选项，这些可配置的选项置于 struct rt_sensor_config 里, 成员如下：
struct rt_sensor_config
{
struct rt_sensor_intf intf; /* sensor interface config */
struct rt_device_pin_mode irq_pin; /* Interrupt pin, The purpose of this pin is to notification read data */
rt_uint8_t mode; /* sensor work mode */
rt_uint8_t power; /* sensor power mode */
rt_uint16_t odr; /* sensor out data rate */
rt_int32_t range; /* sensor range of measurement */
};这些配置项中的 intf 和 irq_pin 是为了将传感器和硬件解耦而抽象出来的，通过在底层初始化的时候传入 struct rt_sensor_config 这个参数，完成了通信接口的解耦。
struct rt_sensor_intf
{
char *dev_name; /* The name of the communication device */
rt_uint8_t type; /* Communication interface type */
void *user_data; /* Private data for the sensor. ex. i2c addr,spi cs,control I/O */
};其余的一些配置项是用 Sensor 特有控制命令控制的，如下所示：
#define RT_SENSOR_CTRL_GET_ID (0) /* 读设备ID */
#define RT_SENSOR_CTRL_GET_INFO (1) /* 获取设备信息 */
#define RT_SENSOR_CTRL_SET_RANGE (2) /* 设置传感器测量范围 */
#define RT_SENSOR_CTRL_SET_ODR (3) /* 设置传感器数据输出速率，unit is HZ */
#define RT_SENSOR_CTRL_SET_MODE (4) /* 设置工作模式 */
#define RT_SENSOR_CTRL_SET_POWER (5) /* 设置电源模式 */
#define RT_SENSOR_CTRL_SELF_TEST (6) /* 自检 */结合 ops 中的 control 接口使用，就可以完成传感器的配置了。
Sensor 数据的存储
为了方便数据的解析，规定每一个类型的 Sensor 都有自己独有的数据结构，这些成员之间使用共用体以减少代码量。
/* 3-axis Data Type */
struct sensor_3_axis
{
rt_int32_t x;
rt_int32_t y;
rt_int32_t z;
};
struct rt_sensor_data
{
rt_uint32_t timestamp; /* The timestamp when the data was received */
rt_uint8_t type; /* The sensor type of the data */
union
{
struct sensor_3_axis acce; /* Accelerometer. unit: mG */
struct sensor_3_axis gyro; /* Gyroscope. unit: mdps */
struct sensor_3_axis mag; /* Magnetometer. unit: mGauss */
rt_int32_t temp; /* Temperature. unit: dCelsius */
rt_int32_t humi; /* Relative humidity. unit: permillage */
rt_int32_t baro; /* Pressure. unit: pascal (Pa) */
rt_int32_t light; /* Light. unit: lux */
rt_int32_t proximity; /* Distance. unit: centimeters */
rt_int32_t hr; /* Heat rate. unit: HZ */
rt_int32_t tvoc; /* TVOC. unit: permillage */
rt_int32_t noise; /* Noise Loudness. unit: HZ */
rt_uint32_t step; /* Step sensor. unit: 1 */
rt_int32_t force; /* Force sensor. unit: mN */
} data;
};特有的 ops
ops（操作函数）包含两个函数指针， 一个的作用是获取传感器数据（fetch_data），另一个的作用是通过控制命令控制传感器（control）。
struct rt_sensor_ops
{
rt_size_t (*fetch_data)(struct rt_sensor_device *sensor, void *buf, rt_size_t len);
rt_err_t (*control)(struct rt_sensor_device *sensor, int cmd, void *arg);
};注册方式
传感器驱动框架提供了一个 Sensor 注册函数，通过传入 Sensor 的控制块，名称，标志位和私有数据，就可以完成传感器设备的注册。
int rt_hw_sensor_register(rt_sensor_t sensor,
const char *name,
rt_uint32_t flag,
void *data);这样看来 Sensor 驱动框架依托于标准的设备框架，只要将传感器驱动对接到 Sensor 的 ops 上，并通过调用 rt_hw_sensor_register 函数注册为 Sensor 设备就可以通过标准的设备接口控制传感器了。
module支持
module 的定义是解决底层有耦合的两个传感器而出现的，有些传感器既有加速度计的功能又有陀螺仪的功能，并且他们的FIFO是共用的，在 FIFO 模式下，只能将两个类型的传感器的数据同时读出，这就说明他们的数据是耦合的。
为了解决这个问题，我们定义了 module 的类型
struct rt_sensor_module
{
rt_mutex_t lock; /* The module lock */
rt_sensor_t sen[RT_SENSOR_MODULE_MAX]; /* The module contains a list of sensors */
rt_uint8_t sen_num; /* Number of sensors contained in the module */
};里面包含有耦合的传感器的设备控制块指针，通过这个功能就可以在读取陀螺仪的数据的时候，同时更新加速度计的值，解决了底层耦合的问题。