探究一个LED如何入门Linux内核

编辑: admin 分类: centos 发布时间: 2021-12-29 来源:互联网
目录
  • 前言
  • led trigger
  • 开始探索
  • LED 设备注册
  • leds 目录
  • 触类旁通
  • class 目录的产生
    • start_kernel()
    • Starting kernel …
    • uboot
  • 附完整调用关系
    • 人生切入点

      请添加图片描述

      前言

      最近项目上需要用到 LED 子系统,在嵌入式 Linux 里面点个灯还是比较简单的,只要在某个灯对应的目录里,向相应文件写入特定值,就可以让 LED 亮/灭/闪烁。

      # echo 1 > /sys/class/leds/green/brightness // 点亮 LED
      # echo 0 > /sys/class/leds/green/brightness // 熄灭 LED
      # echo heartbeat > /sys/class/leds/green/trigger // 让 LED 像心跳一样闪烁
      

      led trigger

      当然,项目里用到的点灯功能要比上面介绍的稍微复杂一点,类似于硬盘灯,即对硬盘进行读写操作时,LED 会闪烁。隐隐约约感觉到,这个功能应该和 trigger 文件有关系,因为在 cat 这个文件时,里面有 mmc0 这个字眼。

      那就往 trigger 里面写个 mmc0 看看会有什么效果呢

      # 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
      

      向磁盘中写入数据

      # touch aa | sync
      

      神奇地发现,每执行一次命令向磁盘中写入数据,板子上绿色的灯就会闪烁一次。

      通过查阅资料,了解到这是 LED 触发器相关的功能。

      一时间,想到

      • 为什么往 tigger 里写入 mmc0,就能让 LED 变成硬盘灯?
      • 为什么往 brightness 文件里写入 1/0,就能控制灯的亮灭?
      • 为什么往 trigger 文件里面写入 timer,LED 就会闪烁,同时会产生两个文件 delay_on、delay_off,并能用它们控制灯的闪烁频率?

      等等种种疑惑涌上心头,急切地想了解这些功能背后的原理。

      开始探索

      问题驱动行动,先列出想要知道的问题

      各个灯对应的目录是怎么来的?

      • trigger 里面的各个触发器是怎么产生的?
      • 为什么向 brightness 里面写入 1/0,LED 会亮/灭?
      • 为什么向 trigger 里面写入 timer,会产生 delay_on、delay_off 这两个文件

      开始研究,那就从昨晚想到的 led_classdev_register(“aaa”) 会产生一个 LED 目录开始。

      LED 设备注册

      先做一个实验,确定下 led_classdev_register() 是否会产生一个 led 灯对应的目录。

      随便找了一个可以被运行到的地方,加入了下面这几行代码,期望是在 leds 目录下能够产生 aaa 目录

      	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;
      	}
      

      编译、烧录、运行、查看

      # ls /sys/class/leds/
      aaa green

      果然在 leds 下产生了我希望出现的目录 aaa,信心大增!

      后来又追了下底层调用关系:

      led_classdev_register()
      	of_led_classdev_register() // register a new object(对象) 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 目录

      知道了某个灯是怎么注册产生的,又想知道 leds 目录是怎么产生的,搜索了下代码,也不难找到,下面是产生 leds 目录相关的函数调用关系:

      subsys_initcall(leds_init);
      leds_init()	// 创建 leds 类,即产生 /sys/class/leds 目录
      	class_create()
      		__class_create()
      			__class_register()
      				kset_register()
      

      触类旁通

      后来,查资料了解到,/sys/class/leds 是一个类,一个类代表一个内核子系统,像这样的子系统在内核中还有很多

      /sys/class/ 里面的每个目录都是一个类,也都是一个子系统

      # 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
      

      每个类里面又有具体的实例化对象,如 green、aaa

      # ls /sys/class/leds/
      aaa green

      每个对象里面又有相应的成员方法/属性,如 brightness、trigger

      # ls /sys/class/leds/aaa/
      brightness      power           trigger
      max_brightness  subsystem       uevent
      
      

      多像 C++ 里面的类啊!其实就是类,简单对比一下

      在这里插入图片描述

      具体 class 里面的注册逻辑,等后面有时间了再慢慢吃透。继续我们的路线探索。注意,其实这里我的探索路线已经变掉了,已经不局限于探究 LED 子系统了,开始向 LED 子系统外面的 kernel 扩展了。

      class 目录的产生

      现在来到了 class 目录,因为知道 leds 目录是怎么来的之后,就在想其上面一级 class 目录是怎么来的。

      追代码,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() // 创建目录
      

      start_kernel()

      其实追到 classes_init() 后,就不用我费脑筋去想下面再去追啥代码了,继续向上追就行了

      /* 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() // 刚刚的 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(),梦开始的地方啊,第一次发现追内核代码这么有趣。

      Starting kernel …

      追到 start_kernel() 后,便不自由地想,Starting kernel ... 这段字串在哪打印的啊,每次开机 uboot 之后都能看到这句,如果能找到,岂不美哉。不幸的是,在内核代码中没搜到。

      uboot

      一开始我以为 Starting kernel ... 会在 start_kernel() 中打印,但是在内核代码中没搜到。这时候便想到会不会是在 ubbot 中打印的,在开始加载内核前打印这句也是合理的。

      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)" : "");
      

      这里也就是 uboot 即将退出,kernel 即将运行的地方。

      附完整调用关系

      从 uboot 到 kernel 再到 /sys/class,然后注册 leds 类,再实例化一个 LED 灯。

      /* 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 = 【文章由美国大带宽服务器http://www.558idc.com/mg.html 提供,感恩】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()	// 创建 leds 类,即 /sys/class/leds 目录
      	class_create()
      		__class_create()
      			__class_register()
      				kset_register()
      
      led_classdev_register()
      	of_led_classdev_register() // register a new object(对象) 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()
      

      人生切入点

      以上,从 LED 子系统进行切入,研究 Linux 内核。找到了研究 Linux 内核的切入点。

      面对庞大的事物,我们往往会产生恐惧心理,这种恐惧阻止我们进一步研究,也就更加对其不了解,战胜不了它。

      两个事例:

      • 一个著名的马拉松运动员在给大家讲自己的成功经验,他说自己总是事先将路程坐车看一遍,记下参照物,然后把距离缩成一节一节的,跑好每一节。
      • 我上高中时物理成绩比较好,因为我做题的方式跟别人不太一样,别人拿到题就死盯着最后的问题,想立马得到答案。而我是先扫一遍题,找其中几个已知条件,根据物理公式,尝试去推导未知的量,就这样一点一点推导,有时定睛一看,答案就在眼前。

      小到一道题目,一门学科,一项技能,大到工作、生活,甚至整个人生。我们如果能够找到一个切入点,那么我们是幸运的,我们将以此通往成功,通向美好,希望大家以后多多支持海外IDC网!

      【本文转自:黄冈网站推广 转载请说明出处】