Quelle  ccs811.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * ccs811.c - Support for AMS CCS811 VOC Sensor
 *
 * Copyright (C) 2017 Narcisa Vasile <narcisaanamaria12@gmail.com>
 *
 * Datasheet: ams.com/content/download/951091/2269479/CCS811_DS000459_3-00.pdf
 *
 * IIO driver for AMS CCS811 (I2C address 0x5A/0x5B set by ADDR Low/High)
 *
 * TODO:
 * 1. Make the drive mode selectable form userspace
 * 2. Add support for interrupts
 * 3. Adjust time to wait for data to be ready based on selected operation mode
 * 4. Read error register and put the information in logs
 */

#include <linux/cleanup.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/iio/iio.h>
#include <linux/iio/buffer.h>
#include <linux/iio/trigger.h>
#include <linux/iio/triggered_buffer.h>
#include <linux/iio/trigger_consumer.h>
#include <linux/module.h>

#define CCS811_STATUS  0x00
#define CCS811_MEAS_MODE 0x01
#define CCS811_ALG_RESULT_DATA 0x02
#define CCS811_RAW_DATA  0x03
#define CCS811_HW_ID  0x20
#define CCS811_HW_ID_VALUE 0x81
#define CCS811_HW_VERSION 0x21
#define CCS811_HW_VERSION_VALUE 0x10
#define CCS811_HW_VERSION_MASK 0xF0
#define CCS811_ERR  0xE0
/* Used to transition from boot to application mode */
#define CCS811_APP_START 0xF4
#define CCS811_SW_RESET  0xFF

/* Status register flags */
#define CCS811_STATUS_ERROR  BIT(0)
#define CCS811_STATUS_DATA_READY BIT(3)
#define CCS811_STATUS_APP_VALID_MASK BIT(4)
#define CCS811_STATUS_APP_VALID_LOADED BIT(4)
/*
 * Value of FW_MODE bit of STATUS register describes the sensor's state:
 * 0: Firmware is in boot mode, this allows new firmware to be loaded
 * 1: Firmware is in application mode. CCS811 is ready to take ADC measurements
 */
#define CCS811_STATUS_FW_MODE_MASK BIT(7)
#define CCS811_STATUS_FW_MODE_APPLICATION BIT(7)

/* Measurement modes */
#define CCS811_MODE_IDLE 0x00
#define CCS811_MODE_IAQ_1SEC 0x10
#define CCS811_MODE_IAQ_10SEC 0x20
#define CCS811_MODE_IAQ_60SEC 0x30
#define CCS811_MODE_RAW_DATA 0x40

#define CCS811_MEAS_MODE_INTERRUPT BIT(3)

#define CCS811_VOLTAGE_MASK 0x3FF

struct ccs811_reading {
 __be16 co2;
 __be16 voc;
 u8 status;
 u8 error;
 __be16 raw_data;
} __attribute__((__packed__));

struct ccs811_data {
 struct i2c_client *client;
 struct mutex lock; /* Protect readings */
 struct ccs811_reading buffer;
 struct iio_trigger *drdy_trig;
 struct gpio_desc *wakeup_gpio;
 bool drdy_trig_on;
 /* Ensures correct alignment of timestamp if present */
 struct {
  s16 channels[2];
  aligned_s64 ts;
 } scan;
};

static const struct iio_chan_spec ccs811_channels[] = {
 {
  .type = IIO_CURRENT,
  .info_mask_separate = BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW) |
          BIT(IIO_CHAN_INFO_SCALE),
  .scan_index = -1,
 }, {
  .type = IIO_VOLTAGE,
  .info_mask_separate = BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW) |
          BIT(IIO_CHAN_INFO_SCALE),
  .scan_index = -1,
 }, {
  .type = IIO_CONCENTRATION,
  .channel2 = IIO_MOD_CO2,
  .modified = 1,
  .info_mask_separate = BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW) |
          BIT(IIO_CHAN_INFO_SCALE),
  .scan_index = 0,
  .scan_type = {
   .sign = 'u',
   .realbits = 16,
   .storagebits = 16,
   .endianness = IIO_BE,
  },
 }, {
  .type = IIO_CONCENTRATION,
  .channel2 = IIO_MOD_VOC,
  .modified = 1,
  .info_mask_separate =  BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW) |
           BIT(IIO_CHAN_INFO_SCALE),
  .scan_index = 1,
  .scan_type = {
   .sign = 'u',
   .realbits = 16,
   .storagebits = 16,
   .endianness = IIO_BE,
  },
 },
 IIO_CHAN_SOFT_TIMESTAMP(2),
};

/*
 * The CCS811 powers-up in boot mode. A setup write to CCS811_APP_START will
 * transition the sensor to application mode.
 */
static int ccs811_start_sensor_application(struct i2c_client *client)
{
 int ret;

 ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, CCS811_STATUS);
 if (ret < 0)
  return ret;

 if ((ret & CCS811_STATUS_FW_MODE_APPLICATION))
  return 0;

 if ((ret & CCS811_STATUS_APP_VALID_MASK) !=
     CCS811_STATUS_APP_VALID_LOADED)
  return -EIO;

 ret = i2c_smbus_write_byte(client, CCS811_APP_START);
 if (ret < 0)
  return ret;

 ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, CCS811_STATUS);
 if (ret < 0)
  return ret;

 if ((ret & CCS811_STATUS_FW_MODE_MASK) !=
     CCS811_STATUS_FW_MODE_APPLICATION) {
  dev_err(&client->dev, "Application failed to start. Sensor is still in boot mode.\n");
  return -EIO;
 }

 return 0;
}

static int ccs811_setup(struct i2c_client *client)
{
 int ret;

 ret = ccs811_start_sensor_application(client);
 if (ret < 0)
  return ret;

 return i2c_smbus_write_byte_data(client, CCS811_MEAS_MODE,
      CCS811_MODE_IAQ_1SEC);
}

static void ccs811_set_wakeup(struct ccs811_data *data, bool enable)
{
 if (!data->wakeup_gpio)
  return;

 gpiod_set_value(data->wakeup_gpio, enable);

 if (enable)
  usleep_range(50, 60);
 else
  usleep_range(20, 30);
}

static int ccs811_get_measurement(struct ccs811_data *data)
{
 int ret, tries = 11;

 ccs811_set_wakeup(data, true);

 /* Maximum waiting time: 1s, as measurements are made every second */
 while (tries-- > 0) {
  ret = i2c_smbus_read_byte_data(data->client, CCS811_STATUS);
  if (ret < 0)
   return ret;

  if ((ret & CCS811_STATUS_DATA_READY) || tries == 0)
   break;
  msleep(100);
 }
 if (!(ret & CCS811_STATUS_DATA_READY))
  return -EIO;

 ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(data->client,
         CCS811_ALG_RESULT_DATA, 8,
         (char *)&data->buffer);
 ccs811_set_wakeup(data, false);

 return ret;
}

static int ccs811_read_info_raw(struct ccs811_data *data,
    struct iio_chan_spec const *chan,
    int *val, int mask)
{
 int ret;

 guard(mutex)(&data->lock);
 ret = ccs811_get_measurement(data);
 if (ret < 0)
  return ret;

 switch (chan->type) {
 case IIO_VOLTAGE:
  *val = be16_to_cpu(data->buffer.raw_data) & CCS811_VOLTAGE_MASK;
  return IIO_VAL_INT;
 case IIO_CURRENT:
  *val = be16_to_cpu(data->buffer.raw_data) >> 10;
  return IIO_VAL_INT;
 case IIO_CONCENTRATION:
  switch (chan->channel2) {
  case IIO_MOD_CO2:
   *val = be16_to_cpu(data->buffer.co2);
   return IIO_VAL_INT;
  case IIO_MOD_VOC:
   *val = be16_to_cpu(data->buffer.voc);
   return IIO_VAL_INT;
  default:
   return -EINVAL;
  }
 default:
  return -EINVAL;
 }
}

static int ccs811_read_raw(struct iio_dev *indio_dev,
      struct iio_chan_spec const *chan,
      int *val, int *val2, long mask)
{
 struct ccs811_data *data = iio_priv(indio_dev);
 int ret;

 switch (mask) {
 case IIO_CHAN_INFO_RAW:
  if (!iio_device_claim_direct(indio_dev))
   return -EBUSY;

  ret = ccs811_read_info_raw(data, chan, val, mask);

  iio_device_release_direct(indio_dev);

  return ret;

 case IIO_CHAN_INFO_SCALE:
  switch (chan->type) {
  case IIO_VOLTAGE:
   *val = 1;
   *val2 = 612903;
   return IIO_VAL_INT_PLUS_MICRO;
  case IIO_CURRENT:
   *val = 0;
   *val2 = 1000;
   return IIO_VAL_INT_PLUS_MICRO;
  case IIO_CONCENTRATION:
   switch (chan->channel2) {
   case IIO_MOD_CO2:
    *val = 0;
    *val2 = 100;
    return IIO_VAL_INT_PLUS_MICRO;
   case IIO_MOD_VOC:
    *val = 0;
    *val2 = 100;
    return IIO_VAL_INT_PLUS_NANO;
   default:
    return -EINVAL;
   }
  default:
   return -EINVAL;
  }
 default:
  return -EINVAL;
 }
}

static const struct iio_info ccs811_info = {
 .read_raw = ccs811_read_raw,
};

static int ccs811_set_trigger_state(struct iio_trigger *trig,
        bool state)
{
 struct iio_dev *indio_dev = iio_trigger_get_drvdata(trig);
 struct ccs811_data *data = iio_priv(indio_dev);
 int ret;

 ret = i2c_smbus_read_byte_data(data->client, CCS811_MEAS_MODE);
 if (ret < 0)
  return ret;

 if (state)
  ret |= CCS811_MEAS_MODE_INTERRUPT;
 else
  ret &= ~CCS811_MEAS_MODE_INTERRUPT;

 data->drdy_trig_on = state;

 return i2c_smbus_write_byte_data(data->client, CCS811_MEAS_MODE, ret);
}

static const struct iio_trigger_ops ccs811_trigger_ops = {
 .set_trigger_state = ccs811_set_trigger_state,
};

static irqreturn_t ccs811_trigger_handler(int irq, void *p)
{
 struct iio_poll_func *pf = p;
 struct iio_dev *indio_dev = pf->indio_dev;
 struct ccs811_data *data = iio_priv(indio_dev);
 struct i2c_client *client = data->client;
 int ret;

 ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, CCS811_ALG_RESULT_DATA,
         sizeof(data->scan.channels),
         (u8 *)data->scan.channels);
 if (ret != 4) {
  dev_err(&client->dev, "cannot read sensor data\n");
  goto err;
 }

 iio_push_to_buffers_with_ts(indio_dev, &data->scan, sizeof(data->scan),
        iio_get_time_ns(indio_dev));

err:
 iio_trigger_notify_done(indio_dev->trig);

 return IRQ_HANDLED;
}

static irqreturn_t ccs811_data_rdy_trigger_poll(int irq, void *private)
{
 struct iio_dev *indio_dev = private;
 struct ccs811_data *data = iio_priv(indio_dev);

 if (data->drdy_trig_on)
  iio_trigger_poll(data->drdy_trig);

 return IRQ_HANDLED;
}

static int ccs811_reset(struct i2c_client *client)
{
 struct gpio_desc *reset_gpio;
 int ret;

 reset_gpio = devm_gpiod_get_optional(&client->dev, "reset",
          GPIOD_OUT_LOW);
 if (IS_ERR(reset_gpio))
  return PTR_ERR(reset_gpio);

 /* Try to reset using nRESET pin if available else do SW reset */
 if (reset_gpio) {
  gpiod_set_value(reset_gpio, 1);
  usleep_range(20, 30);
  gpiod_set_value(reset_gpio, 0);
 } else {
  /*
   * As per the datasheet, this sequence of values needs to be
   * written to the SW_RESET register for triggering the soft
   * reset in the device and placing it in boot mode.
 */
  static const u8 reset_seq[] = {
   0x11, 0xE5, 0x72, 0x8A,
  };

  ret = i2c_smbus_write_i2c_block_data(client, CCS811_SW_RESET,
          sizeof(reset_seq), reset_seq);
  if (ret < 0) {
   dev_err(&client->dev, "Failed to reset sensor\n");
   return ret;
  }
 }

 /* tSTART delay required after reset */
 usleep_range(1000, 2000);

 return 0;
}

static int ccs811_probe(struct i2c_client *client)
{
 const struct i2c_device_id *id = i2c_client_get_device_id(client);
 struct iio_dev *indio_dev;
 struct ccs811_data *data;
 int ret;

 if (!i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE
         | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA
         | I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK))
  return -EOPNOTSUPP;

 indio_dev = devm_iio_device_alloc(&client->dev, sizeof(*data));
 if (!indio_dev)
  return -ENOMEM;

 data = iio_priv(indio_dev);
 i2c_set_clientdata(client, indio_dev);
 data->client = client;

 data->wakeup_gpio = devm_gpiod_get_optional(&client->dev, "wakeup",
          GPIOD_OUT_HIGH);
 if (IS_ERR(data->wakeup_gpio))
  return PTR_ERR(data->wakeup_gpio);

 ccs811_set_wakeup(data, true);

 ret = ccs811_reset(client);
 if (ret) {
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return ret;
 }

 /* Check hardware id (should be 0x81 for this family of devices) */
 ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, CCS811_HW_ID);
 if (ret < 0) {
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return ret;
 }

 if (ret != CCS811_HW_ID_VALUE) {
  dev_err(&client->dev, "hardware id doesn't match CCS81x\n");
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return -ENODEV;
 }

 ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, CCS811_HW_VERSION);
 if (ret < 0) {
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return ret;
 }

 if ((ret & CCS811_HW_VERSION_MASK) != CCS811_HW_VERSION_VALUE) {
  dev_err(&client->dev, "no CCS811 sensor\n");
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return -ENODEV;
 }

 ret = ccs811_setup(client);
 if (ret < 0) {
  ccs811_set_wakeup(data, false);
  return ret;
 }

 ccs811_set_wakeup(data, false);

 mutex_init(&data->lock);

 indio_dev->name = id->name;
 indio_dev->info = &ccs811_info;
 indio_dev->modes = INDIO_DIRECT_MODE;

 indio_dev->channels = ccs811_channels;
 indio_dev->num_channels = ARRAY_SIZE(ccs811_channels);

 if (client->irq > 0) {
  ret = devm_request_threaded_irq(&client->dev, client->irq,
      ccs811_data_rdy_trigger_poll,
      NULL,
      IRQF_TRIGGER_FALLING |
      IRQF_ONESHOT,
      "ccs811_irq", indio_dev);
  if (ret) {
   dev_err(&client->dev, "irq request error %d\n", -ret);
   goto err_poweroff;
  }

  data->drdy_trig = devm_iio_trigger_alloc(&client->dev,
        "%s-dev%d",
        indio_dev->name,
        iio_device_id(indio_dev));
  if (!data->drdy_trig) {
   ret = -ENOMEM;
   goto err_poweroff;
  }

  data->drdy_trig->ops = &ccs811_trigger_ops;
  iio_trigger_set_drvdata(data->drdy_trig, indio_dev);
  ret = iio_trigger_register(data->drdy_trig);
  if (ret)
   goto err_poweroff;

  indio_dev->trig = iio_trigger_get(data->drdy_trig);
 }

 ret = iio_triggered_buffer_setup(indio_dev, NULL,
      ccs811_trigger_handler, NULL);

 if (ret < 0) {
  dev_err(&client->dev, "triggered buffer setup failed\n");
  goto err_trigger_unregister;
 }

 ret = iio_device_register(indio_dev);
 if (ret < 0) {
  dev_err(&client->dev, "unable to register iio device\n");
  goto err_buffer_cleanup;
 }
 return 0;

err_buffer_cleanup:
 iio_triggered_buffer_cleanup(indio_dev);
err_trigger_unregister:
 if (data->drdy_trig)
  iio_trigger_unregister(data->drdy_trig);
err_poweroff:
 i2c_smbus_write_byte_data(client, CCS811_MEAS_MODE, CCS811_MODE_IDLE);

 return ret;
}

static void ccs811_remove(struct i2c_client *client)
{
 struct iio_dev *indio_dev = i2c_get_clientdata(client);
 struct ccs811_data *data = iio_priv(indio_dev);
 int ret;

 iio_device_unregister(indio_dev);
 iio_triggered_buffer_cleanup(indio_dev);
 if (data->drdy_trig)
  iio_trigger_unregister(data->drdy_trig);

 ret = i2c_smbus_write_byte_data(client, CCS811_MEAS_MODE,
     CCS811_MODE_IDLE);
 if (ret)
  dev_warn(&client->dev, "Failed to power down device (%pe)\n",
    ERR_PTR(ret));
}

static const struct i2c_device_id ccs811_id[] = {
 { "ccs811" },
 { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, ccs811_id);

static const struct of_device_id ccs811_dt_ids[] = {
 { .compatible = "ams,ccs811" },
 { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, ccs811_dt_ids);

static struct i2c_driver ccs811_driver = {
 .driver = {
  .name = "ccs811",
  .of_match_table = ccs811_dt_ids,
 },
 .probe = ccs811_probe,
 .remove = ccs811_remove,
 .id_table = ccs811_id,
};
module_i2c_driver(ccs811_driver);

MODULE_AUTHOR("Narcisa Vasile <narcisaanamaria12@gmail.com>");
MODULE_DESCRIPTION("CCS811 volatile organic compounds sensor");
MODULE_LICENSE("GPL v2");