EEPW论坛

通过 HAT+ 规范标准 其中 EEPROM 作为 树莓派 HAT 标准的识别机制中的 ID EEPROM 按照标准存储下面这些板卡信息：

树莓派通过 VCore 的 bootloader（树莓派的一大逻辑黑盒）在启动过程中通过 I2C0 读取 ID EEPROM 内容进一步加载 dts overlay，kernel 会按照正常的 驱动模块去根据 compatible 结合 kernel 配置项 /usr/lib/modules/7.0.0-1010-raspi/modules.alias 去初始化 buildin 和 buildout 的驱动模块。

因此我特地找了下 sense hat 的 eeproom 内容 （没看到 dts overlay 的名字，所以说 bootloader 里面黑盒子逻辑让开发者膈应（双标））

在 rpi-sense-v2 overlay 中描述了 sensehat/display/joystick/lsm9ds1-magn/lps25h-press/hts221-humid/lsm9ds1-accel 这些设备信息， 里面重载了 i2c1 总线，包含上述设备的 i2c 地址。

下图是最新 树莓派 kernel 的  rpi-sense-v2.dts 内容：

通过这套 HAT 机制，通过插入 Sense HAT 开机，树莓派内核即可自动加载合适的驱动，做到即插即用以及多个 不同功能的 HAT 外设可以共同工作的效果。

通过 DTS 我们可以看到 除了 I2C 总线设备外， 额外有一个 rpi-sense-fb 和 sensehat-joystick 的设备，通过 kernel 源码可以找到对应驱动，这两个驱动其实是抽象了 TINY88 的 i2c 通讯后挂载的两个设备。

sensehat-joystick 驱动，它额外把 与 TINY88 连接的GPIO23 注册为按键中断，当中断到来时通过 与 TINY88 通讯获得按键键值后通过标准 input 设备上报按键。

rpi-sense-fb 驱动，通过注册 framebuffer 设备，提供 RGB LED matrix 的更新功能，当有数据要刷入时，通过与 TINY88 通讯批量写入buffer 数据。

这个 framebuffer 设备还额外提供了 三套 gamma (LUT）参数用于颜色矫正（RGB 分别5bit).

关键提示：git grep "Raspberry Pi Sense HAT" 以及 dts 中的 comptible 字段， 可以更快的找到驱动代码。

对此我也很好奇 TINY88 的源码， 于是找了下在（https://github.com/raspberrypi/rpi-sense）， TINY88 使用汇编来完成 按键 和 LED 的刷新。

设备上确认了下， 状态的确一致：

与这块 hal 直接匹配的驱动模块有这些：
        1. simple-mfd-i2c (Tiny88 MCU 对应的 i2c 设备，joystick 和 framebuffer 的父设备）
        2. sensehat-joystick 以及 rpisense-fb
        3. st_magn_i2c \ st_lsm6dsx_i2c  磁力计和加速度计
        4. st_pressure_i2c 大气压计
        5. hts221_i2c 湿度传感器
        6. 通过额外的检索 我找到 颜色传感器的 驱动：tcs3472

驱动负责的是 初始化设备，中断，以及必要的资源（比如内存），提供 i2c 设备的抽象功能（比如i2c的info 以及子通讯节点的创建)，提供 sysfs 相关debug 节点。

综上这完全体现的官方的 HAT 的优待，用户不用做额外的代码和配置修改， 只要用树莓派的 kernel 即可自动加载驱动，用户只要使用对应的上层工具或者 api 即可正常访问 HAT功能，很好的体现 dts 帮助内核灵活加载模块的优势。

设备初探

接下来我们来看下 i2c 设备获取各种传感器的数据：

下面是 i2c_tools 工具获得的 I2C 通道信息。

核对 dts 可以知道 I2C1 总线上各个传感器使用的地址 (我们不知道颜色传感器的地址）
                    Tiny88 =》0x46
                    9ds1的加速度传感器/陀螺仪 =》 0x6A
                    9ds1的磁力 =》 0x1C
                    压力传感器 =》 0x5C
                    湿度传感器 =》 0x5F
                    颜色传感器的地址是 =》0x39 (核对实际设备的地址， 可以知道 )

对于匹配到驱动的传感器设备，相关设备会上报的udev event事件：
通过命令触发：udevadm monitor 2>&1 |grep -i "3f804000.i2c"&;sudo udevadm trigger 2>&1

LED 矩阵和摇杆按键的使用

树莓派的内核驱动抽象出来 framebuffer ,  通过 /dev/fb 用于更新 LED 矩阵，因此只要当作正常的 buffer 访问这块 内存即可更新显示数据。通常使用 fbset 工具去设置分辨率属性。这是我获取到的分辨率信息.

代表 这块 framebuffer 的宽高都是8，虚拟分辨率也是8x8 没有双缓冲， 16bit rgb 色彩。

摇杆按键因为时使用 标准的 input 来上报事件， 所以使用 libinput 自动的 libinput-debug-events（老版本是getevent) 可以实时打印按键上报状态。（可以留意到 keycenter 不是标准键值）。

传感器的使用

我们已经知道了以上传感器都有各自在 linux 下的驱动，只是已有的 dts 中不包含颜色传感器 而湿度传感器默认是 disable，其次加速度传感器的 compatible 和 st_lsm6dsx_i2c 驱动不匹配，到没有对应的 iio 设备。
如果要使用官方的驱动，需要额外增加颜色传感器的 i2c 配置以及 enable 湿度计；

如果需要完全靠 用户态去做 I2C 通讯获得传感器数据则需要把相关驱动移除。

磁力计驱动（st_magn_i2c）和 气压计/温度计驱动（st_pressure_i2c）驱动以及 陀螺仪和加速度计驱动（st_lsm6dsx_i2c）和 颜色传感器驱动（hts221_i2c）与 颜色传感器驱动（tcs3472）都是使用I2C总线的 iio （Industrial I/O） 设备，因此可以通过 /sys/bus/iio/devices/iio:deviceX 和 /dev/iio:deviceX 来访问数据输出：
磁场传感器数据： /sys/devices/platform/soc/3f804000.i2c/i2c-1/1-001c/iio:device1/in*
压力传感器数据： /sys/devices/platform/soc/3f804000.i2c/i2c-1/1-005c/iio:device0/in*

或者通过 安装 libiio-utils 可以获得  iio_info 工具， 这个工具可以获取所有 iio 设备的信息。驱动文档参考，用户层编程库。iio 有个好处就是进一步抽象传感器，提供统一的数据和设置通道，同时可以通过 iiod 把本地的 iio 传感设备通过网络共享出去使用，也可以使用网络共享的 iio 设备。

由于 iio 设备占用了 i2c client，因此 会造成 i2c 设备在用户空间无法直接通讯。如果不想使用 iio 驱动转而使用 i2c 通讯，需要移除对应驱动：sudo rmmod st_magn_i2c st_pressure_i2c

注意： 通过开箱贴我们可以知道 sense-hat 的 python 库其实时直接使用 i2c 与设备通讯，而不是使用驱动提供的 sysfs，因此要想用户空间 通过 i2c 形式获取数据， 需要移除对应模块。

总结

总体而言，由于没有使用 树莓派 OS, 相关 dts overlay 比较老旧，虽然主线 kernel 已经包含所有传感器的 iio 驱动，但是无法直接用起来， 还需要更新 dts。而使用 iio 驱动 依旧需要 应用层去实现传感器数据的标定，特别是六轴传感器要用好，需要掌握惯性导航相关专业领域知识，以及线性代数相关空间矩阵逆解算能力（这都是我暂时不具备的）。

因此比较合适的方案是 移除当前匹配到的 iio 设备驱动，继续使用 sense-hat 最新版本提供的 python 接口来完成功能。

参考

官方  kernel 编译教程： https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/linux_kernel.html#building

hat+ 规范文档：https://pip-assets.raspberrypi.com/categories/1215-raspberry-pi-hat/documents/RP-008281-DS-1-hat-plus-specification.pdf?disposition=inline

tiny88 控制LED 和 按键读取的源码：https://github.com/raspberrypi/rpi-sense.git

sense hat 里面 eeprom 数据以及 mcu 的源码：https://github.com/raspberrypi/rpi-sense

iio 设备驱动的访问