探究一個LED如何入門Linux內(nèi)核
前言
最近項目上需要用到 LED 子系統(tǒng),在嵌入式 Linux 里面點個燈還是比較簡單的,只要在某個燈對應的目錄里,向相應文件寫入特定值,就可以讓 LED 亮/滅/閃爍。
# echo 1 > /sys/class/leds/green/brightness // 點亮 LED # echo 0 > /sys/class/leds/green/brightness // 熄滅 LED # echo heartbeat > /sys/class/leds/green/trigger // 讓 LED 像心跳一樣閃爍
led trigger
當然,項目里用到的點燈功能要比上面介紹的稍微復雜一點,類似于硬盤燈,即對硬盤進行讀寫操作時,LED 會閃爍。隱隱約約感覺到,這個功能應該和 trigger 文件有關系,因為在 cat 這個文件時,里面有 mmc0 這個字眼。
那就往 trigger 里面寫個 mmc0 看看會有什么效果呢
# echo mmc0 > /sys/class/leds/green/trigger # cat /sys/class/leds/green/trigger none rc-feedback kbd-scrolllock kbd-numlock kbd-capslock kbd-kanalock kbd-shiftlock kbd-altgrlock kbd-ctrllock kbd-altlock kbd-shiftllock kbd-shiftrlock kbd-ctrlllock kbd-ctrlrlock [mmc0] heartbeat default-on ir-power-click axp20x-usb-online
向磁盤中寫入數(shù)據(jù)
# touch aa | sync
神奇地發(fā)現(xiàn),每執(zhí)行一次命令向磁盤中寫入數(shù)據(jù),板子上綠色的燈就會閃爍一次。
通過查閱資料,了解到這是 LED 觸發(fā)器相關的功能。
一時間,想到
- 為什么往 tigger 里寫入 mmc0,就能讓 LED 變成硬盤燈?
- 為什么往 brightness 文件里寫入 1/0,就能控制燈的亮滅?
- 為什么往 trigger 文件里面寫入 timer,LED 就會閃爍,同時會產(chǎn)生兩個文件 delay_on、delay_off,并能用它們控制燈的閃爍頻率?
等等種種疑惑涌上心頭,急切地想了解這些功能背后的原理。
開始探索
問題驅動行動,先列出想要知道的問題
各個燈對應的目錄是怎么來的?
- trigger 里面的各個觸發(fā)器是怎么產(chǎn)生的?
- 為什么向 brightness 里面寫入 1/0,LED 會亮/滅?
- 為什么向 trigger 里面寫入 timer,會產(chǎn)生 delay_on、delay_off 這兩個文件
開始研究,那就從昨晚想到的 led_classdev_register(“aaa”) 會產(chǎn)生一個 LED 目錄開始。
LED 設備注冊
先做一個實驗,確定下 led_classdev_register() 是否會產(chǎn)生一個 led 燈對應的目錄。
隨便找了一個可以被運行到的地方,加入了下面這幾行代碼,期望是在 leds 目錄下能夠產(chǎn)生 aaa 目錄
struct led_classdev *cdev; int ret; cdev = kzalloc(sizeof(*cdev), GFP_KERNEL); if (!cdev) return -ENOMEM; cdev->name = "aaa"; // cdev->brightness_set = ebsa110_led_set; // cdev->brightness_get = ebsa110_led_get; // cdev->default_trigger = "heartbeat"; ret = led_classdev_register(NULL, cdev); if (ret < 0) { kfree(cdev); return ret; }
編譯、燒錄、運行、查看
# ls /sys/class/leds/
aaa green
果然在 leds 下產(chǎn)生了我希望出現(xiàn)的目錄 aaa,信心大增!
后來又追了下底層調用關系:
led_classdev_register() of_led_classdev_register() // register a new object(對象) of led_classdev class. led_classdev_next_name() device_create_with_groups() led_add_brightness_hw_changed() list_add_tail() // add to the list of leds led_update_brightness() //led_trigger_set_default()
leds 目錄
知道了某個燈是怎么注冊產(chǎn)生的,又想知道 leds 目錄是怎么產(chǎn)生的,搜索了下代碼,也不難找到,下面是產(chǎn)生 leds 目錄相關的函數(shù)調用關系:
subsys_initcall(leds_init); leds_init() // 創(chuàng)建 leds 類,即產(chǎn)生 /sys/class/leds 目錄 class_create() __class_create() __class_register() kset_register()
觸類旁通
后來,查資料了解到,/sys/class/leds 是一個類,一個類代表一個內(nèi)核子系統(tǒng),像這樣的子系統(tǒng)在內(nèi)核中還有很多
/sys/class/ 里面的每個目錄都是一個類,也都是一個子系統(tǒng)
# ls /sys/class/ ata_device extcon mdio_bus ptp sound ata_link gpio mem pwm spi_master ata_port graphics misc rc thermal bdi hwmon mmc_host regulator tty block i2c-adapter net rtc udc bsg i2c-dev phy scsi_device vc dma input power_supply scsi_disk vtconsole drm leds pps scsi_host watchdog
每個類里面又有具體的實例化對象,如 green、aaa
# ls /sys/class/leds/
aaa green
每個對象里面又有相應的成員方法/屬性,如 brightness、trigger
# ls /sys/class/leds/aaa/ brightness power trigger max_brightness subsystem uevent
多像 C++ 里面的類啊!其實就是類,簡單對比一下
具體 class 里面的注冊邏輯,等后面有時間了再慢慢吃透。繼續(xù)我們的路線探索。注意,其實這里我的探索路線已經(jīng)變掉了,已經(jīng)不局限于探究 LED 子系統(tǒng)了,開始向 LED 子系統(tǒng)外面的 kernel 擴展了。
class 目錄的產(chǎn)生
現(xiàn)在來到了 class 目錄,因為知道 leds 目錄是怎么來的之后,就在想其上面一級 class 目錄是怎么來的。
追代碼,得到
classes_init() kset_create_and_add("class", NULL, NULL); // create a struct kset dynamically and add it to sysfs kset_create() kobject_set_name() kset_register() kset_init() kobject_add_internal() kobject_get() kobj_kset_join() kset_get() list_add_tail() __list_add() { next->prev = new; new->next = next; new->prev = prev; } create_dir() // 創(chuàng)建目錄
start_kernel()
其實追到 classes_init() 后,就不用我費腦筋去想下面再去追啥代碼了,繼續(xù)向上追就行了
/* kernel */ start_kernel() rest_init() // Do the rest non-__init'ed, we're now alive kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); kernel_init() kernel_init_freeable() /* * Ok, the machine is now initialized. None of the devices * have been touched yet, but the CPU subsystem is up and * running, and memory and process management works. * * Now we can finally start doing some real work.. */ do_basic_setup() driver_init() // to initialize their subsystems. devtmpfs_init() devices_init() buses_init() classes_init() // 剛剛的 classes_init() firmware_init() hypervisor_init() platform_bus_init() cpu_dev_init() memory_dev_init() container_dev_init() of_core_init()
如上,一不小心就追到了 start_kernel(),夢開始的地方啊,第一次發(fā)現(xiàn)追內(nèi)核代碼這么有趣。
Starting kernel …
追到 start_kernel() 后,便不自由地想,Starting kernel ... 這段字串在哪打印的啊,每次開機 uboot 之后都能看到這句,如果能找到,豈不美哉。不幸的是,在內(nèi)核代碼中沒搜到。
uboot
一開始我以為 Starting kernel ... 會在 start_kernel() 中打印,但是在內(nèi)核代碼中沒搜到。這時候便想到會不會是在 ubbot 中打印的,在開始加載內(nèi)核前打印這句也是合理的。
就去 uboot 里面搜了下,果然
boot_jump_linux() announce_and_cleanup() printf("\nStarting kernel ...%s\n", fake ? "(fake run for tracing)" : "");
這里也就是 uboot 即將退出,kernel 即將運行的地方。
附完整調用關系
從 uboot 到 kernel 再到 /sys/class,然后注冊 leds 類,再實例化一個 LED 燈。
/* uboot */ boot_jump_linux() announce_and_cleanup() printf("\nStarting kernel ...%s\n"); // printf() bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_BOOTM_HANDOFF, "start_kernel"); cleanup_before_linux() kernel_entry(0, machid, r2); /* kernel */ start_kernel() rest_init() // Do the rest non-__init'ed, we're now alive kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); kernel_init() kernel_init_freeable() /* * Ok, the machine is now initialized. None of the devices * have been touched yet, but the CPU subsystem is up and * running, and memory and process management works. * * Now we can finally start doing some real work.. */ do_basic_setup() driver_init() // to initialize their subsystems. devtmpfs_init() devices_init() buses_init() classes_init() kset_create_and_add("class", NULL, NULL); // create a struct kset dynamically and add it to sysfs kset_create() kobject_set_name() kset_register() kset_init() kobject_add_internal() kobject_get() kobj_kset_join() kset_get() list_add_tail() __list_add() { next->prev = new; new->next = next; new->prev = prev; } create_dir() firmware_init() hypervisor_init() platform_bus_init() cpu_dev_init() memory_dev_init() container_dev_init() of_core_init() subsys_initcall(leds_init); leds_init() // 創(chuàng)建 leds 類,即 /sys/class/leds 目錄 class_create() __class_create() __class_register() kset_register() led_classdev_register() of_led_classdev_register() // register a new object(對象) of led_classdev class. led_classdev_next_name() device_create_with_groups() led_add_brightness_hw_changed() list_add_tail() // add to the list of leds led_update_brightness() //led_trigger_set_default()
人生切入點
以上,從 LED 子系統(tǒng)進行切入,研究 Linux 內(nèi)核。找到了研究 Linux 內(nèi)核的切入點。
面對龐大的事物,我們往往會產(chǎn)生恐懼心理,這種恐懼阻止我們進一步研究,也就更加對其不了解,戰(zhàn)勝不了它。
兩個事例:
- 一個著名的馬拉松運動員在給大家講自己的成功經(jīng)驗,他說自己總是事先將路程坐車看一遍,記下參照物,然后把距離縮成一節(jié)一節(jié)的,跑好每一節(jié)。
- 我上高中時物理成績比較好,因為我做題的方式跟別人不太一樣,別人拿到題就死盯著最后的問題,想立馬得到答案。而我是先掃一遍題,找其中幾個已知條件,根據(jù)物理公式,嘗試去推導未知的量,就這樣一點一點推導,有時定睛一看,答案就在眼前。
小到一道題目,一門學科,一項技能,大到工作、生活,甚至整個人生。我們?nèi)绻軌蛘业揭粋€切入點,那么我們是幸運的,我們將以此通往成功,通向美好,希望大家以后多多支持腳本之家!
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