IMX6 嵌入式多传感器系统整体架构梳理

一、硬件层：传感器与接口分类

1. GPIO 接口
   • DHT11 温湿度传感器：单总线，输出 0/1 时序信号；量程温度 0~50℃、湿度 20~90% RH，精度温度 ±2℃、湿度 ±5%，工作电压 3.3~5.5V。
   • HC-SR04 超声波测距：Trig 触发引脚、Echo 回波引脚；量程 2cm~450cm，精度 0.3cm，5V 供电，依靠时序计算距离。
2. I2C 接口
   • BH1750 光照传感器：3.3V 供电，42 引脚 SDA/SCL，支持多种采样模式，16bit 光照数据输出。
   • MAX30100 血氧心率、MPU6050 六轴姿态、SHT30 温湿度，全部走 I2C 总线，挂载到 I2C 子系统。
3. UART 串口
   • ATGM336H GPS 模块：串口输出 NMEA-0183 协议报文，解析时间、经纬度、卫星信息。
   • UART3 接三相电表，Modbus-RTU 协议，RS485 差分信号，读写电表寄存器。
4. ADC 模拟采集
   • MQ-2 烟雾传感器：模拟电压输出，0~3.3V 输入到 IMX6 的 ADC，12 位分辨率，把电压换算成烟雾浓度。

二、Linux 底层驱动框架（核心知识点）

所有设备都遵循 Linux platform 平台设备驱动模型，设备树 + 驱动分离思想：

1. 开发流程：写设备树节点（platform 设备）→ 编写 platform_driver 驱动 → 驱动 probe 函数完成资源匹配、硬件初始化 → 注册字符设备 → 应用层 open/read 读写/dev/xxx设备文件。
2. 各总线内核子系统：
   • GPIO 子系统 ：pinctrl引脚配置，申请引脚，高低电平控制、时序模拟（DHT11 单总线就是软件模拟时序）。
   • I2C 子系统 ：i2c_driver、i2c_add_driver，i2c_transfer收发报文；I2C 适配器、从设备地址匹配，封装底层 I2C 读写，应用层直接读写 i2c 设备节点。
   • UART 串口子系统 ：内核自带串口驱动，应用层open打开tty设备，配置波特率、数据位、校验位、停止位，read 读取串口原始数据。GPS、Modbus 电表都基于串口。
   • ADC 子系统 ：IIO 子系统框架，sysfs下voltage_raw原始采样值，voltage_scale换算实际电压，再代入公式转为物理量（烟雾浓度）。
3. 驱动开发通用步骤：模块加载insmod，卸载rmmod；probe 匹配设备，填充文件操作结构体file_operations，实现open/read。

三、协议解析层：拿到原始数据之后

原始硬件信号读到应用层，需要协议解析，把字节流变成有意义的数据：

1. NMEA0183（GPS） ：$开头帧，逗号分隔，包含时间、经纬度、卫星数量，校验和校验，解析出位置、时间信息。
2. Modbus RTU（电表）：串口二进制协议，从站地址 + 功能码 + 数据 + CRC 校验码；主站发送读寄存器指令，电表返回电能数据。
3. 传感器私有时序：DHT11 的起始信号、响应信号；BH1750 发送指令，等待采样完成读取光照原始值，再按手册公式换算物理量。

四、上层业务与 AI 应用

原始传感数据完成解析后，进入业务层：

1. 基础应用：数据采集、存储、上报。
2. AI Agent 业务流：Workbench调度，调用 Deepseek、Kimi 大模型、GPT；AI 负责对话、解读传感数据、判断告警、项目需求分析、传感器选型决策。

简单说：硬件采集 → Linux 驱动拿到原始数据 → 协议解析得到物理量 → AI 上层做智能分析决策。

五、整套架构链路总结

传感器硬件 → 总线（GPIO/I2C/UART/ADC） → Linux 内核子系统 + platform 驱动 → /dev 设备文件 /sysfs 节点 → 用户态应用读取原始数据 → 协议解析换算物理量 → AI 业务层做智能处理