I2C IMU 驱动实战（IIO 子系统）

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Mar 2, 2026

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i2c_imu_iio_driver

1. 前置条件

确保以下环境已就绪（参考同级页面的 QEMU + 交叉编译工具链搭建指南）：

交叉编译器 arm-linux-gnueabihf-gcc 可用

已编译 v6.1 内核源码，且开启 CONFIG_IIO、CONFIG_I2C 支持

QEMU sabrelite 能正常启动 BusyBox rootfs

rootfs 中包含 iio_info（来自 libiio 或 iio-utils）

为什么选 IIO？ IIO（Industrial I/O）是 Linux 为传感器类设备设计的标准子系统，提供统一的 sysfs 接口和触发缓冲机制，是 IMU、ADC、DAC 等设备的首选框架。

2. IIO 子系统关键概念

概念	说明
`iio_dev`	代表一个 IIO 设备实例，类比字符设备中的 `cdev`
`iio_chan_spec`	描述一路传感器通道（如 X/Y/Z 加速度），包含类型、修饰符、索引等
`iio_info`	驱动操作集，包含 `read_raw` / `write_raw` 等回调，用户读 sysfs 时触发
`devm_iio_device_alloc`	分配 iio_dev + 私有数据，生命周期由 devm 自动管理
`iio_device_register`	将 iio_dev 注册进内核，对应 `/sys/bus/iio/devices/iio:deviceX`

3. 驱动源码

3.1 IMU IIO 驱动 — `fake_imu.c`

3.2 关键结构说明

元素	作用
`iio_chan_spec[]`	静态声明每路传感器通道，内核据此生成 sysfs 属性文件
`IIO_CHAN_INFO_RAW`	标记该通道支持读取原始 ADC 值，对应 `in_accel_x_raw` sysfs 节点
`IIO_CHAN_INFO_SCALE`	标记支持读取物理量转换系数，对应 `in_accel_x_scale` sysfs 节点
`iio_priv(indio_dev)`	取出紧跟在 `iio_dev` 后面的私有数据指针，替代全局变量
`devm_iio_device_register`	注册 IIO 设备，由 devm 管理生命周期，remove 时自动注销
`module_i2c_driver`	宏展开为 `module_init`/`module_exit`，自动注册/注销 i2c_driver

4. Makefile

5. 编译模块

编译成功后确认产出：

注意 depends: industrialio：IIO 核心是一个独立模块，加载 fake_imu.ko 前必须先加载 industrialio.ko（或内核内建）。

6. 设备树配置

6.1 I2C 节点说明

I2C 设备必须作为 I2C 控制器节点的子节点 声明，并提供 reg（7-bit 地址）属性。

6.2 创建 Overlay 源文件 — `fake-imu-overlay.dts`

6.3 编译 Overlay

6.4 备选：直接修改主 DTB

7. 打包进 rootfs

8. QEMU 内加载验证

8.1 启动 QEMU

8.2 挂载文件系统 & 加载模块

8.3 确认 probe 调用

8.4 查看 IIO sysfs 接口

8.5 使用 iio_info 验证（推荐）

8.6 卸载模块

9. 验证清单

make 编译无 warning，产出 fake_imu.ko

modinfo 输出 depends: industrialio

file fake_imu.ko 显示 ARM ELF relocatable

设备树中 i2c1 节点下存在 fake_imu@68 子节点

insmod 后 dmesg 显示 probe OK, addr=0x68

/sys/bus/iio/devices/iio:device0/name 输出 fake_imu

in_accel_z_raw 读取返回 1000

iio_info -d 0 列出三轴通道

rmmod 后 dmesg 显示 remove called

10. 常见问题排查

现象	原因	解决方案
`insmod: can't insert: unknown symbol iio_device_register`	IIO 核心未加载	先 `insmod industrialio.ko`，或内核配置 `CONFIG_IIO=y`
probe 未调用，无 `probe OK` 日志	DT 节点不在 i2c 控制器下，或 compatible 不匹配	确认 `&i2c1 { fake_imu@68 { compatible = "myvendor,fake-imu"; ... } }` 结构正确
`/sys/bus/iio/devices/` 为空	`iio_device_register` 失败或 sysfs 未挂载	检查 `dmesg` 错误信息；确认 `mount -t sysfs none /sys`
读 `in_accel_x_raw` 返回 `-EINVAL`	`read_raw` 回调未处理该 mask	检查 `iio_chan_spec.info_mask_separate` 是否包含 `BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW)`
`iio_info` 找不到设备	工具版本与内核 ABI 不匹配，或 `/dev/iio:device0` 缺失	确认内核开启 `CONFIG_IIO_BUFFER`，或改用 sysfs 直接读取验证
`insmod: invalid module format`	vermagic 不匹配	确保 `KERNDIR` 指向 QEMU 启动时使用的同一内核树

11. 向真实硬件（MPU-6050）迁移

完成虚拟驱动验证后，迁移到真实 IMU 只需替换以下部分：

probe 中添加 WHO_AM_I 寄存器检测

read_raw 中替换为真实寄存器读取

DT compatible 改为 invensense,mpu6050

添加电源管理：devm_regulator_get + pm_ops

12. 下一步扩展方向

触发缓冲（Triggered Buffer） — 接入 IIO 触发器，实现中断驱动的连续数据采集

libiio 用户态应用 — 用 iio_channel_read 替代 sysfs 读取，支持高频采样

IIO 事件机制 — 配置阈值告警，通过 iio_push_event 上报超量程事件

对接 MIPI Camera 流水线 — IMU + 摄像头时间戳同步，构建完整感知平台

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8.4 查看 IIO sysfs 接口

8.5 使用 iio_info 验证（推荐）

8.6 卸载模块

9. 验证清单

10. 常见问题排查

11. 向真实硬件（MPU-6050）迁移

12. 下一步扩展方向

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