探究一个LED如何入门Linux内核
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
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*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 = 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!