Linux hwmon子系统分析之一 系统框架说明

本文深入剖析Linux硬件监控子系统hwmon,阐述其借助sysfs接口实现硬件监控设备(如温度传感器、风扇、电源)的通信。内容涵盖sysfs文件操作接口、hwmon子系统架构以及不同内核版本下的优化。通过设备驱动模型和sysfs,hwmon创建属性文件,使得应用程序能够访问硬件监控数据,例如读取温度传感器的当前温度。

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       从本章开始,我们进行hwmon子系统的分析,hwmon即hardware monitoring framework,硬件监视框架,包括温度传感器、风扇、电源等器件驱动的框架。hwmon子系统主要借助sysfs提供的api接口,实现对硬件监控器件的通信,也就是借助sysfs的文件创建的机制实现应用程序与hwmon器件的通信操作。

本系统主要规划如下几篇文章:

一、框架说明

二、hwmon 子系统详细说明

三、一个hwmon 设备驱动的实现(通过实现一个虚拟的hwmon设备驱动)

 

 

 

本章的主要内容如下:

一、说明sysfs中文件操作接口的简要说明,以及sysfs下文件的创建等;

二、linux hwmon子系统架构及不同内核版本下的架构优化。

 

 

 

一、sysfs相关简要说明

在之前的文章中,我们已经介绍了sysfs相关的框架,此处主要说明sysfs文件系统下文件访问的框架,如下图所示:

  1. 应用程序通过系统调用接口调用vfs接口,而vfs则调用sysfs文件系统注册的文件操作接口,如下图所示,主要为sysfs_open_file、sysfs_read_file、sysfs_write_file、sysfs_poll、generic_file_llseek、sysfs_release接口。
  2. 针对调用device_register接口注册的struct device类型的变量,其struct kobj_type类型变量为device_ktype,其操作接口指针为dev_sysfs_ops,主要用于读取和写入操作(dev_attr_show对应为读取、dev_attr_store为写操作),而在dev_attr_show、dev_attr_store中,则会通过文件的属性变量,获取到具体的store和show接口。而关于sysfs相关的数据结构间的关联,可参考我之前写的sysfs专栏和设备驱动模型专栏相关的文档。
  3. 另外sysfs是支持poll接口的,即sysfs_poll接口。若属性文件需要支持poll接口,则调用函数sysfs_notify即可。

 

 

     而hwmon子系统则主要借助sysfs、设备驱动模块中设备创建和注册以及属性创建,完成属性的创建,从而完成在sysfs中创建文件,供应用程序对硬件监视器芯片的访问(如在sysfs中完成对温度传感器当前温度的读取等)

 

 

二、linux hwmon子系统架构及不同内核版本下的架构优化

      在hwmon子系统中,主要即借助设备驱动模型中设备的注册以及设备属性的创建,即可针对一个硬件监视器芯片创建多个属性文件,从而应用程序即可在/sys目录下实现对文件的访问。

 

如下图所示,通过访问/sys/class/hwmon/hwmon0目录下的属性文件,即可对相关属性进行访问,此处主要查看当前温度内容。

 

Linux3.10的内核hwmon子系统实现

     在linux3.10及之前的版本中,hwmon子系统实现的内容不是太多,也就是实现了一个hwmon  class,然后提供了一个hwmon的注册接口hwmon_device_register(也就是对device_register的包裹),而各hwmon驱动,在调用hwmon_device_register注册之前调用sysfs_create_group完成属性参数的注册,并提供属性的store、show接口。此时的hwmon子系统略显单薄;

 

Linux4.x及之后版本的hwmon子系统实现

       在之后的版本中,hwmon子系统的内容渐渐丰富起来,而不再只做对device_register的包裹,其提供了通用硬件监控参数的抽象,主要提供了接口hwmon_attr_show、hwmon_attr_store,同时抽象了针对温度芯片、风扇芯片、电源芯片等硬件监控芯片相关参数的支持,即温度芯片、风扇芯片、电源芯片等硬件监控芯片相关参数的访问接口,均会在接口hwmon_attr_show、hwmon_attr_store中被统一调用,而温度芯片、风扇芯片、电源芯片等硬件监控芯片只需要实现hwmon_ops类型函数指针即可。调用关系如下所示,其中,HWMON子系统层则为hwmon子层抽象的部分,而最下层则由具体的hwmon 设备驱动实现即可。

 

 

    以上即为本章的内容,hwmon子系统的功能还是比较明确的。通过上面两幅图可以大致理解hwmon的实现流程。当然了,我们实现其他的设备驱动也可以借助设备驱动模型、sysfs提供的接口,在sysfs下创建属性文件及其操作接口,实现在sysfs目录下访问具体设备。

<think>好的,我需要回答用户关于Linux内核中IIO系统的问题,包括设计年份、最大支持的传感器数量、并发访问数量,以及是否有更先进的替代框架或中间件。首先,我需要回忆一下IIO系统的基本信息。 IIO,即Industrial I/O系统,主要用于处理工业应用中的传感器数据采集和设备控制。设计年份方面,我记得IIO是在Linux内核2.6.37版本左右引入的,这个版本发布于2011年1月,所以设计年份应该是2010年左右。不过需要确认具体的合并到主线的日期。 关于最大支持的传感器数量,IIO的架构是基于设备驱动的,每个IIO设备可以支持多个通道。理论上,由于内核资源的限制,实际支持的传感器数量可能受系统内存和硬件限制,但设计上并没有硬编码的上限。每个传感器作为独立的IIO设备存在,因此数量取决于系统能够注册的设备数量。 并发访问数量方面,IIO系统通过内核的互斥锁(mutex)和缓冲区管理机制来处理并发访问。用户空间可以通过sysfs或字符设备进行数据读取,理论上支持多用户并发访问,但实际性能可能受硬件吞吐量和内核调度的影响。需要查阅相关文档或代码来确认是否有具体的并发限制。 替代方案方面,Linux中处理传感器数据的框架还有HWMON(硬件监控),但HWMON更侧重于系统内部传感器(如温度、电压)。对于更复杂的传感器应用,IIO仍然是主流选择。另外,用户提到的中间件可能涉及用户空间的库或框架,如MRAA或libsensors,但这些并非内核系统。较新的替代方案可能包括Zephyr项目的传感器系统,但Zephyr是RTOS,不是Linux内核的一部分。因此,IIO在Linux中暂时没有更先进的替代框架。 需要验证这些信息是否正确。例如,引用中的资料提到NFS协议和负载均衡,可能与IIO无关,但需要确保没有遗漏其他引用内容。确认IIO的设计年份和并发机制是否有官方文档支持。此外,检查是否有新的内核系统替代IIO,比如设备树配置或新的传感器框架。 总结:IIO设计于2010年,最大传感器数量无硬性限制,并发访问依赖内核机制,目前没有更先进的替代框架,但可能有用户层中间件辅助。</think>### IIO系统解析 #### 1. 设计年份 IIO(Industrial I/O)系统最初于**2010年**并入Linux内核主线,首次出现在**Linux 2.6.37版本**中[^1]。其设计目标是为工业传感器(如加速度计、陀螺仪、光感器等)提供统一的数据采集和接口管理。 #### 2. 最大支持传感器数量 IIO系统通过模块化设计支持动态扩展,理论上的传感器数量**无硬编码上限**。每个传感器以独立设备(`struct iio_dev`)注册,实际数量受限于: - 系统内存资源 - 硬件总线(如I2C、SPI)的寻址能力 - 内核设备号分配限制(通常可配置) 典型嵌入式系统可支持数十至数百个传感器,具体需结合硬件配置。 #### 3. 并发访问数量 IIO通过以下机制支持并发访问: 1. **内核锁机制**:使用`mutex`保护关键数据结构,如`iio_dev->mlock` 2. **缓冲区管理**:支持多用户通过`sysfs`或字符设备(`/dev/iio:deviceX`)同时读取数据 3. **事件触发**:支持异步通知(如`poll`或`select`) 实际并发性能受限于: - 传感器数据速率(例如:加速度计采样率从1Hz到10kHz) - 用户空间数据处理效率 - CPU调度策略 #### 4. 替代方案与中间件 目前Linux内核中**无直接替代IIO的系统**,但可通过以下方式扩展: 1. **用户空间中间件**: - **MRAA**:提供硬件抽象层,支持多种传感器协议 - **ROS2 Sensor Drivers**:在机器人系统中封装IIO接口 2. **边缘计算框架**: - **EdgeX Foundry**:通过容器化服务管理IIO设备 3. **实时扩展**: - **PREEMPT_RT补丁**:提升IIO中断响应实时性 较新的方案如**Zephyr RTOS传感器框架**虽非Linux原生,但可通过桥接方式集成[^2]。 #### 代码示例:IIO数据读取 ```c // 从IIO设备读取原始数据 struct iio_channel *chan; int raw, scale; iio_channel_attr_read(chan, "raw", &raw); iio_channel_attr_read(chan, "scale", &scale); float value = raw * scale; ```
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