📚 课程目录第1章 Sensor驱动概述

1. Sensor驱动概述：RK平台Sensor驱动架构、I2C子系统角色、Sensor硬件接口简介

1.1 RK平台Sensor驱动整体架构

在Rockchip（RK）嵌入式平台上，Sensor（传感器）驱动采用分层解耦的软件架构，从上至下依次为：应用层 → HAL层 → 内核驱动层 → 硬件层。内核驱动层是本节关注的核心，其内部又细分为三个子层：

IIO / Input 子系统层：向上提供统一的数据上报接口（如加速度计通过Input上报事件，温湿度计通过IIO上报原始数据）。
Sensor 核心层 (Sensor Core)：封装通用Sensor操作（使能/禁能、采样率设置、数据读取），向下调用I2C/SPI总线接口。
I2C 总线驱动层：负责物理地址映射、寄存器读写时序，是连接CPU与Sensor芯片的桥梁。

  架构要点： RK平台Sensor驱动不直接操作GPIO或寄存器地址，而是通过I2C子系统完成所有配置。驱动开发者只需关注Sensor芯片的寄存器映射表，无需关心I2C控制器底层细节。

1.2 I2C子系统在Sensor驱动中的角色

I2C（Inter-Integrated Circuit）是RK平台Sensor最常用的通信总线。I2C子系统在内核中承担以下关键角色：

角色	说明	对应内核组件
地址映射器	将Sensor芯片的7位从机地址映射到I2C总线拓扑中，驱动通过地址找到设备	`i2c_client` + `i2c_board_info`
寄存器读写引擎	封装SMBus/Byte协议，提供 `i2c_smbus_read_byte_data()` / `i2c_smbus_write_byte_data()` 等API	`i2c-core` + `i2c-algo-bit`
时序仲裁者	管理多主设备冲突、时钟拉伸（Clock Stretching）、速率控制（标准/快速/高速模式）	`i2c-adapter` + `i2c-bus`
设备枚举器	通过设备树（Device Tree）或ACPI自动匹配Sensor驱动，完成probe流程	`of_i2c_register_devices()`

实战提示： 在RK平台上，Sensor驱动通常使用 i2c_smbus_read_i2c_block_data() 批量读取多个连续寄存器，以提升数据采集效率。例如读取6轴IMU的加速度和角速度原始值时，一次突发读取12字节可减少I2C通信开销。

1.3 Sensor硬件接口简介

RK平台常见的Sensor硬件接口包括I2C、SPI和GPIO模拟。其中I2C接口因引脚少（仅SCL/SDA两线）、支持多设备挂载，成为绝大多数消费级Sensor（如加速度计、陀螺仪、磁力计、温湿度传感器）的首选。

1.3.1 I2C接口关键参数

参数	典型值	说明
从机地址	0x18 ~ 0x77 (7-bit)	由Sensor芯片的ADDR引脚电平决定，驱动通过设备树指定
总线速率	100 kHz (标准) / 400 kHz (快速)	RK3399/RK3588等平台支持1 MHz高速模式
寄存器宽度	8-bit / 16-bit	多数Sensor使用8-bit寄存器地址，部分使用16-bit
数据位宽	8-bit / 16-bit / 24-bit	加速度计输出通常为16-bit左对齐

1.3.2 典型Sensor硬件连接拓扑

在RK参考设计中，多个Sensor通常共享同一条I2C总线（如I2C2），通过不同的从机地址区分。下图展示了一个典型的Sensor硬件连接：

1.4 设备树中的I2C地址映射

在RK平台中，Sensor的I2C地址映射通过设备树（Device Tree）完成。驱动在probe阶段通过 i2c_client 结构体获取已解析的地址信息。以下是一个典型Sensor节点的设备树片段：

/* RK3588 设备树 - I2C2 总线上的Sensor节点 */
&i2c2 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;  /* 400 kHz 快速模式 */

    /* 加速度计: BMI160 */
    bmi160@68 {
        compatible = "bosch,bmi160";
        reg = <0x68>;              /* 7-bit I2C 从机地址 */
        interrupt-parent = <&gpio1>;
        interrupts = <RK_PB2 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
        mount-matrix = "0", "1", "0",
                       "-1", "0", "0",
                       "0", "0", "1";
    };

    /* 磁力计: AK09911 */
    ak09911@0c {
        compatible = "ak,ak09911";
        reg = <0x0c>;
        interrupt-parent = <&gpio1>;
        interrupts = <RK_PB3 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
    };
};

常见陷阱： 设备树中 reg 属性填写的是7-bit I2C地址（左对齐），而非8-bit读写地址。例如Sensor数据手册标注“Slave Address = 0xD0 (写) / 0xD1 (读)”，实际设备树应填写 0x68（右移1位）。务必确认数据手册的地址表示方式。

1.5 本章小结

RK平台Sensor驱动采用分层架构，I2C子系统位于内核驱动层最底层，负责地址映射和寄存器读写。
I2C子系统的核心角色包括：地址映射器、寄存器读写引擎、时序仲裁者、设备枚举器。
Sensor硬件接口以I2C为主，通过设备树配置从机地址、中断引脚和总线速率。
驱动开发者需要理解7-bit地址与8-bit地址的转换，以及设备树节点与i2c_client的对应关系。