gsensor架构和原理分析

1.系统架构 (Architecture)1.1 Android体系架构图

1.2 Sensor子系统架构图

· Application Framework

       Sensor应用程序通过Sensor应用框架来获取sensor数据，应用框架层的Sensor Manager通过JNI与C++层进行通信。

· Sensor Libraries

       Sensor中间层主要由Sensor Manager、Sensor service和Sensor硬件抽象层组成。

· Input Subsystem

       通用的Linux输入框架专为与键盘、鼠标和触摸屏等输入设备而设计，并定义了一套标准事件集合。Sensor输入子系统采用采用了通用的Linux输入框架，它通过/sys/class/input节点和用户空间进行交互。

· Event Dev

       Evdev提供了一种访问/dev/input/eventX输入设备事件的通用方法。

· AccelerometerDriver

       此驱动通过SIRQ和I2C总线与MMA7660模组进行通信。SIRQ用来产生传感器事件中断。

2 应用 (Applicati**)2.1 应用开发五步曲

（1）   获取传感器管理器对象；

mSensorManager =(SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

（2）   获取传感器对象；

mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

（3）  定义事件**器；

mEventListener =new SensorEventListener() {

[java] view plaincopy

• @Override
• publicvoid **ensorChanged(SensorEvent event) {
•    float[] values = event.values;
•    mTextView.setText("Accelerometer:" + values[0] +", "
•           + values[1] +", " + values[2]);
• }
• @Override
• publicvoidonAccuracyChanged(Sensor sensor,int accuracy) {
• }
  

（4）   注册事件**器；

protectedvoid onResume() {

[java] view plaincopy

• super.onResume();
• mSensorManager.registerListener(mEventListener, mSensor,
•        SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
  

（5）   卸载事件**器；

protectedvoid onPause() {

[java] view plaincopy

•    super.onPause();
•    mSensorManager.unregisterListener(mEventListener);
• }
  

3 框架 (Framework)

3.1 工作模型

3.1.1 SensorManager的创建

nativeClassInit(): 初始化Native类信息；
sensors_module_init(): 创建Native SensorManager实例，从SensorService读取Sensor设备列表；
sensors_module_get_next_sensor(): 从SensorService读取下一个Sensor设备；

3.1.2 SensorThread数据接收处理


sensors_create_queue(): 创建和SensorService共享的消息队列；
sensors_data_poll(): 从消息队列中读取SensorService发过来的消息；


3.1.3 SensorService的工作原理


SensorDevice::poll(): 调用HAL接口读取数据；
SensorEventConnection::sendEvents(): 往消息队列中写入消息，SensorThread后续会读取该消息；


3.1.4 SensorDevice对HAL的访问

4 硬件抽象层 (HAL)

在linux操作系统中，应用同硬件之间的交互都是通过设备驱动来实现，Android系统为了降低应用开发人员开发难度，屏蔽硬件差异，定义出硬件抽象层，为开发人员提供获取各种设备相关的信息的接口。

4.1 Sensors HAL关键流程4.1.1 打开Sensor设备

SensorBase :penInput() : 打开input子系统的sensor消息文件句柄；
ioctl(EVIOCGABS(...)) : 获取ABS_X/ABS_Y/ABS_Z的加速度；

4.1.2 轮循Sensor事件

InputEventCircularReader::fill(): 调用read()从input子系统中读取事件放入环形缓冲区；
InputEventCircularReader::readEvent(): 从环形缓冲区中读取事件；
InputEventCircularReader::next(): 移动环形缓冲区当前指针；

5.2 Sensors HAL关键数据结构

5.2.1 sensors_module_t

[cpp] view plaincopy

• struct sensors_module_t {
•     struct hw_module_t common;
•     /**
•      * Enumerate all available sensors. The list is returned in "list".
•      * @return number of sensors in the list
•      */
•     int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,
•             struct sensor_t c**t** list);
• };
  

hw_get_module()会加载HAL模块，并返回HAL入口数据结构(hw_module_t)。HAL_MODULE_INFO_SYM默认是“HAL”，在hw_get_module中用dlsym获取。

[cpp] view plaincopy

• c**t struct sensors_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
•     .common = {
•         .tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
•         .version_major = 1,
•         .version_minor = 0,
•         .id = SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,
•         .name = "MMA7660 Sensors Module",
•         .author = "The Android Open Source Project",
•         .methods = &sensors_module_methods,
•     },
•     .get_sensors_list = sensors__get_sensors_list
• };
  

5.2.2 hw_module_methods_t

static struct hw_module_methods_t sensors_module_methods = {[cpp] view plaincopy

• .open = open_sensors
  

5.2.3 sensors_poll_context_t[cpp] view plaincopy

• struct sensors_poll_context_t {
•     struct sensors_poll_device_t device; // must be first
•     sensors_poll_context_t();
•     ~sensors_poll_context_t();
•     int activate(int handle, int enabled);
•     int setDelay(int handle, int64_t ns);
•     int pollEvents(sensors_event_t* data, int count);
•     int handleToDriver(int handle);
• };
  

5.2.4 sensors_poll_device_t

[cpp] view plaincopy

• struct sensors_poll_device_t {
• struct hw_device_t common;
•     int (*activate)(struct sensors_poll_device_t *dev,
•             int handle, int enabled);
•     int (*setDelay)(struct sensors_poll_device_t *dev,
•             int handle, int64_t ns);
•     int (*poll)(struct sensors_poll_device_t *dev,
•             sensors_event_t* data, int count);
• };
  

5.2.5 sensor_t
定义传感器的基本参数。

[cpp] view plaincopy

• static c**t struct sensor_t sSensorList[] = {
•         { "MMA7660 3-axis Accelerometer",
•                 "Freescale Semiconductor",
•                 1, SENSORS_HANDLE_BASE+ID_A,
•                 SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER, 3.0f*9.81f, (3.0f*9.81f)/64.0f, 0.35f, 0, { } },
• };
  

[cpp] view plaincopy

• struct sensor_t {
•     c**t char*     name;
•     c**t char*     vendor;
•     int             version;
•     int             handle;
•     int             type;
•     float           maxRange;
•     float           resolution;
•     float           power;
•     int32_t         minDelay;
•     void*           reserved[8];
• };
  

6 驱动 (driver)

6.1 mma7660驱动框架

mma7660与主机通信是通过I2C接口，因此mma7660驱动程序采用Linux系统的I2C子系统框架来实现，主要由3部分组成：

(1) I2C核心
I2C核心提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，I2C通信方法(即“algorithm”)上层的、与具体适配器无关的代码以及探测设备、检测设备地址的上层代码等。这部分是与平台无关的。
此部分在Linux内核的I2C驱动中实现，mma7660驱动使用其提供的功能接口来注册设备驱动。

(2) I2C总线驱动
I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现。I2C总线驱动主要包含了I2C适配器数据结构i2c_adapter、I2C适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。经由I2C总线驱动的代码，我们可以控制I2C适配器以主控方式产生开始位、停止位、读写周期，以及以从设备方式被读写、产生ACK等。不同的CPU平台对应着不同的I2C总线驱动。
此部分在Linux内核的I2C驱动中实现，mma7660驱动直接获取其提供的adapter，并调用I2C核心的接口来注册。

(3) I2C设备驱动
I2C设备驱动是对I2C硬件体系结构中设备端的实现。设备一般挂接在受CPU控制的I2C适配器上，通过I2C适配器与CPU交换数据。I2C设备驱动主要包含了数据结构i2c_driver和i2c_client，mma7660驱动需要实现其中的成员函数。
在Linux内核源代码中的drivers目录下的i2c_dev.c文件，实现了I2C适配器设备文件的功能，应用程序通过“i2c-%d”文件名并使用文件操作接口open()、write()、read()、ioctl()和close()等来访问这个设备。应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的I2C设备的存储空间或寄存器并控制I2C设备的工作方式。

6.2 mma7660操作流程6.2.1 初始化
6.2.2 探测设备


6.2.3 移除设备


6.2.4 采集数据


6.2.5 睡眠和唤醒Suspend处理：关闭mma7660模组；
Resume处理：使能mma7660模组；
[cpp] view plaincopy

• static int mma7660_suspend(struct i2c_client *client, pm_message_t mesg)
• {
•     int result;
• result = i2c_smbus_write_byte_data(client, MMA7660_MODE,
•                                MK_MMA7660_MODE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0));
•     assert(result==0);
•     return result;
• }
• static int mma7660_resume(struct i2c_client *client)
• {
•     int result;
• result = i2c_smbus_write_byte_data(client, MMA7660_MODE,
•                                 MK_MMA7660_MODE(0, 1, 0, 0, 0, 0, 1));
•     assert(result==0);
•     return result;
• }
• static struct i2c_driver mma7660_driver = {
•     .driver = {
•         .name = MMA7660_DRV_NAME,
•         .owner = THIS_MODULE,
•     },
•     .class = I2C_CLASS_HWMON,
•     .suspend = mma7660_suspend,
•     .resume = mma7660_resume,
•     .probe = mma7660_probe,
•     .detect = mma7660_detect,
• //  .address_data = &addr_data,
•     .remove = __devexit_p(mma7660_remove),
•     .id_table = mma7660_id,
• };
  

6.3 命令行调试6.3.1 sysfs调试接口（1） 定义sysfs attribute相关数据结构；
[cpp] view plaincopy

• static SENSOR_DEVICE_ATTR(all_axis_force, S_IRUGO, show_xyz_force, NULL, 0);
• static SENSOR_DEVICE_ATTR(x_axis_force, S_IRUGO, show_axis_force, NULL, 0);
• static SENSOR_DEVICE_ATTR(y_axis_force, S_IRUGO, show_axis_force, NULL, 1);
• static SENSOR_DEVICE_ATTR(z_axis_force, S_IRUGO, show_axis_force, NULL, 2);
• static SENSOR_DEVICE_ATTR(orientation, S_IRUGO, show_orientation, NULL, 0);
• static struct attribute* mma7660_attrs[] =
• {
•     &sensor_dev_attr_all_axis_force.dev_attr.attr,
•     &sensor_dev_attr_x_axis_force.dev_attr.attr,
•     &sensor_dev_attr_y_axis_force.dev_attr.attr,
•     &sensor_dev_attr_z_axis_force.dev_attr.attr,
•     &sensor_dev_attr_orientation.dev_attr.attr,
•     NULL
• };
• static c**t struct attribute_group mma7660_group =
• {
•     .attrs = mma7660_attrs,
• };
  

（2） 在probe函数中创建sysfs文件系统；
[cpp] view plaincopy

• result = sysfs_create_group(&client->dev.kobj, &mma7660_group);
• if (result != 0) {
•     ERR("sysfs_create_group err\n");
•     goto exit_sysfs_creat_failed;
• }
  

（3） 实现sysfs属性相关的读写函数；
[cpp] view plaincopy

• ssize_t show_orientation(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf)
• {
•     int result;
• u8 tilt, new_orientation;
•     mma7660_read_tilt(&tilt);
•     DBG("tilt [0x%x]\n", tilt);
•     new_orientation = tilt & 0x1f;
•     if (orientation!=new_orientation)
•         orientation = new_orientation;
•     switch ((orientation>>2)&0x07) {
•         case 1:
•             result = sprintf(buf, "Left\n");
•             break;
•         case 2:
•             result = sprintf(buf, "Right\n");
•             break;
•         case 5:
•             result = sprintf(buf, "Downward\n");
•             break;
•         case 6:
•             result = sprintf(buf, "Upward\n");
•             break;
•         default:
•             switch(orientation & 0x03) {
•                 case 1:
•                     result = sprintf(buf, "Front\n");
•                     break;
•                 case 2:
•                     result = sprintf(buf, "Back\n");
•                     break;
•                 default:
•                     result = sprintf(buf, "Unknown\n");
•         }
•     }
•     return result;
• }
  

[cpp] view plaincopy

• ssize_t show_xyz_force(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf)
• {
•     int i;
•     s8 xyz[3];
•     for (i=0; i<3; i++)
•         mma7660_read_xyz(i, &xyz);  
•     return sprintf(buf, "(%d,%d,%d)\n", xyz[0], xyz[1], xyz[2]);  
• }  
• ssize_t show_axis_force(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf)  
• {  
•     s8 force;  
•     int n = to_sensor_dev_attr(attr)->index;  
• mma7660_read_xyz(n, &force);  
•     return sprintf(buf, "%d\n", force);  
• }  
  
  

6.3.2 Gsensor调试实例
[plain] view plaincopy

• /sys/devices/platform/gl5201-i2c.1/i2c-1/1-004c # ls
• uevent
• name
• modalias
• subsystem
• power
• driver
• all_axis_force
• x_axis_force
• y_axis_force
• z_axis_force
• orientation
• input
• /sys/devices/platform/gl5201-i2c.1/i2c-1/1-004c # cat all_axis_force
• (-1,0,22)
  

7 Hardware7.1 mma7660模组

7.2 关键特性

• Sampling Resolution: 6bit
• Digital Output (I2C)
• 3mm x 3mm x 0.9mm DFN Package
• Low Power Current C**umption:
  

    Off Mode: 0.4 μA,
    Standby Mode: 2 μA,
    Active Mode: 47 μA at 1 ODR

• Configurable Samples per Second from 1 to 120 samples
• Low Voltage Operation:
  

    Analog Voltage: 2.4 V - 3.6 V
    Digital Voltage: 1.71 V - 3.6 V

• Auto-Wake/Sleep Feature for Low Power C**umption
• Tilt Orientation Detection for Portrait/Landscape Capability
• Gesture Detection Including Shake Detection and Tap Detection
  

7.2.1 功能模块图

7.2.2 硬件连接图

7.2.3 运动检测原理mma7660是一种电容式3轴g-sensor，其技术原理是在wafer的表面做出梳状结构，当产生动作时，由侦测电容差来判断变形量，反推出加速度的值。
简单物理模型如下图：



7.2.4 I2C读写时序

7.2.5 工作状态机

7.2.6 寄存器定义

7.2.7 事件检测

• 方向和摇动检测
  

• 轻拍或倾斜检测
  

好东西，学习了。

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