一叶知秋,一个 LED 就能入门 Linux 内核
简单点灯
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,神奇。
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。
思想斗争
带着这些疑惑,准备去到内核一探究竟。好奇心很强烈,但是脑海后面又传来了阻挠的声音,内核那么大,从哪看啊?能看懂吗?其实这种场景在脑海里不止一次地发生过了,兴趣和困难进行猛烈地撞击,意志力稍强,会有所突破,静下心来研究,可能会有所收获,也可能收获甚微。意志力稍差,打游戏去了。。
很遗憾,我选择了后者,打游戏去了,哈哈!因为不知道从哪下手。先玩一局,放松下心情。
打完游戏晚上躺在床上又继续想 LED 子系统。突然想到,白天的时候误调用了一个名字好像叫做 led_classdev_register(“aaa”) 的接口,结果在 leds 目录下产生了一个 aaa 的目录。那我就从这开始研究呗,好,就这样,明天开搞。
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 ledsled_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,我这里就不展开讲了,因为我也还没研究透,哈哈!这里先不细究这点,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 sysfskset_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,干就完了
/* kernel */
start_kernel()rest_init() // Do the rest non-__init'ed, we're now alivekernel_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\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\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 alivekernel_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 sysfskset_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 ledsled_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。
难了不会,会了不难。找到了切入点,我们就是后者。
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