探究一個LED如何入門Linux內核
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
# 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，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生的，又想知道 leds 目錄是怎么產生的，搜索了下代碼，也不難找到，下面是產生 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，一個類代表一個內核子系統(tǒng)，像這樣的子系統(tǒng)在內核中還有很多
/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??！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變掉了，已經不局限于探究 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 內核。找到了研究 Linux 內核的切入點。
面對龐大的事物，我們往往會產生恐懼心理，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。我們如果能夠找到一個切入點，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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