致驱动工程师的一封信

作者:smcdef 发布于:2018-4-14 21:00 分类:统一设备模型

引言
作为一个算是合格的驱动工程师,总是有很多话想说。代码看的多了总是有些小感悟。可能是吧。那就总结一下自己看的代码的一些感悟和技巧。如何利用你看的这些代码?如何体现在工作的调试中。作为驱动工程师,主要的工作就是移植各种驱动,接触各种硬件。接触最多的就是dts、中断、gpio、sysfs、proc fs。如何利用sysfs、proc fs及内核提供的接口为我们降低调试难度,快速解决问题呢?
注:部分代码分析举例基于linux-4.15。
如何利用dts
首先我们关注的主要是两点,gpio和irq。其他的选择忽略。先展示一下我期望的gpio和irq的使用方法。dts如下。
device {
    rst-gpio = <&gpioc_ctl 10 OF_GPIO_ACTIVE_LOW>;
    irq-gpio = <&gpioc_ctl 11 0>;
    interrupts-extended = <&vic 11 IRQF_TRIGGER_RISING>;
};
对于以上的dts你应该再熟悉不过,当然这里不是教你如何使用dts,而是关注gpio和irq最后一个数字可以如何利用。例如rst-gpio的OF_GPIO_ACTIVE_LOW代表什么意思呢?可以理解为低有效。什么意思呢?举个例子,正常情况下,我们需要一个gpio口控制灯,我们认为灯打开就是active状态。对于一个程序员来说,我们可以封装一个函数,写1就是打开灯,写0就是关灯。但是对于硬件来说,变化的是gpio口的电平状态。如果gpio输出高电平灯亮,那么这就是高有效。如果硬件设计是gpio输出低电平灯亮,那么就是低有效。对于一个软件工程师来说,我们的期望是写1就是亮灯,写0就是关灯。我可不管硬件工程师是怎么设计的。我们可以认为dts是描述具体的硬件。因此对于驱动来说,硬件的这种变化,只需要修改dts即可。软件不用任何修改。软件可以如下实现。
int device_probe(struct platform_device *pdev)
{
    rst_gpio = of_get_named_gpio_flags(np, "rst-gpio", 0, &flags);
    if (flags & OF_GPIO_ACTIVE_LOW) {
        struct gpio_desc *desc;

        desc = gpio_to_desc(rst_gpio);
        set_bit(FLAG_ACTIVE_LOW, &desc->flags);
    }

    irq = of_irq_get(np, 0);
    trigger_type = irq_get_trigger_type(irq);
    request_threaded_irq(irq, NULL, irq_handler, trigger_type, "irq", NULL);
}

驱动按照以上代码实现的话,如果修改中断触发类型或者电平有效状态只需要修改dts即可。例如不同的IC复位电平是不一样的,有的IC是高电平复位,有的IC却是低电平复位。其实这就是一个电平有效状态的例子。

如何调试gpio 
移植驱动阶段或者调试阶段的工程中,难免想知道当前gpio的电平状态。当然很easy。万用表戳上去不就行了。是啊!硬件工程师的思维。作为软件工程师自然是要软件的方法。下面介绍两个api接口。自己摸索使用吧。点到为止。
static inline int gpio_export(unsigned gpio, bool direction_may_change);
static inline int gpio_export_link(struct device *dev, const char *name,
           unsigned gpio);
在你的driver中调用以上api后,编译下载。去/sys/class/gpio目录看看有什么发现。
如何调试irq
调试的时候也难免会确定硬件是否产生中断。我们该怎么办呢?也很easy。
cat /proc/interrupts

输出信息不想多余的介绍。看代码去。根据输出的irq num,假设是irq_num。请进入以下目录。看看下面都有什么文件。摸索这些文件可以为你调试带来哪些方便。


cd /proc/irq/irq_num


dts和sysfs有什么关联 

曾经写过一篇dts解析的文章http://www.wowotech.net/device_model/dt-code-file-struct-parse.html。最后一节其实说了一个很有意思的东西。但是仅仅是寥寥结尾。并没有展开。因为他不关乎我写的文章的的主题。但是,他却和调试息息相关。


cd /sys/firmware/devicetree/base


该目录的信息就是整个dts。将整个dts的节点以及属性全部展现在sysfs中。他对我们的调试有什么用呢?Let me tell you。如果你的项目非常的复杂,例如一套代码兼容多种硬件配置。这些硬件配置的差异信息主要是依靠dts进行区分。当编译kernel的时候,你发现你很难确定就是你用的是哪个dts。可能你就会凭借自己多年的工作经验去猜测。是的,你的经验很厉害。但是,如何确定你的dts信息是否添加到kernel使用的dts呢?我觉得你应该got it。就到这个目录去查找是否包含你添加的ndoe和property。dts中有status属性可以设置某个devicec是否使能。当你发现你的driver的probe没有执行的时候,我觉得你就需要确定一遍status是不是“ok”、“okay”或者没有这个属性。

远不止我所说的这个功能,还可以判断当前的硬件是匹配哪个dts文件。你还不去探索一波源码的设计与实现吗?节点为什么出现在某些目录?为什么有些节点的属性cat却是乱码?就是乱码,你没看错。至于为什么。点到为止。

sysfs可以看出什么猫腻
sysfs有什么用?sysfs可以看出device是否注册成功、存在哪些device、driver是否注册、device和driver是都匹配、device匹配的driver是哪个等等。先说第一项技能。deivce是否注册。
就以i2c设备为例说明。/sys/bus/i2c/devices该目录下面全是i2c总线下面的devices。如何确定自己的device是否注册呢?首选你需要确定自己的device挂接的总线是哪个i2c(i2c0, i2c1...)。假设设备挂接i2c3,从地址假设0x55。那么devices目录只需要查看是否有3-0055目录即可。如何确定device是否匹配了驱动?进入3-0055目录,其实你可以看到driver的符号链接。如果没有,那么就是没有driver。driver是否注册如何确定呢?方法类似。/sys/bus/i2c/drivers目录就是所有注册的i2c driver。方法如上。不再列举。
你以为就这些简单的功能了吗?其实不是,还有很多待你探讨。主要是各种目录之间的关系,device注册会出现什么目录?那么driver呢?各种符号链接会在那些目录?等等。
如何排查driver的probe没有执行问题
我想这类问题是移植过程中极容易出现的第一个拦路虎。这里需要声明一点。可能有些驱动工程师认为probe没有执行就是driver没有注册成功。其实这两个没有半毛钱关系。probe是否执行只和device和driver的是否匹配成功有关。我们有什么思路排查这类问题呢?主要排查方法可以如下。
1. 通过sysfs确定对应的device是否注册成功。
2. 通过sysfs确定对应的driver是否注册成功。
3. 通过sysfs中dts的展开信息得到compatible属性的值,然后和driver的compatible进行对比。
如果发现device没有注册,如何确定问题。首先通过sysfs中dts展开文件查看是否有你添加的device信息。如果没有的话,没有device注册就是正常的,去找到正确的dts添加正确的device信息。如果发现sysfs有device的dts信息。那么就看看status属性的值是不是ok的。如果也是ok的。那么就非常奇怪了。这种情况一般出现在kernel的device注册路径出错了。曾经就有一个小伙伴提出问题,现象就是这样。最后我帮他确定问题原因是dts章reg属性的地址是0xc0。这是一个大于0x7f的值。在i2c总线注册驱动的时候会解析当前总线下的所有device。然后注册所有的从设备。就是这里的地址检查出了问题,因此这个device没有注册上。
如果发现driver没有注册,那么去看看对应的Makefile是否参与编译。如果参与了编译,就查看log信息,是不是驱动注册的时候有错误信息。
最后一点的compatible属性的值只需要cat一下,然后compare即可。不多说。
后记
sysfs还有很多的其他的调试信息可以查看。因此,我建议驱动工程师都应该掌握sysfs的使用和原理。看看代码实现。我始终坚信只有更好地掌握技术的原理才能更好地利用技术。文章内容不想展开。我告诉你的结果,你永远记忆不深刻,而且我说的也不一定对。还是需要自己专研。我只是给你指条明路,剩下的就需要自己去走。最后说一句,代码不会骗你,还会告诉你别人不能告诉你的。

评论:

lcbj
2018-04-20 10:01
请教下,如果引脚配置为输入,那么类似gpios = <2 GPIO_ACTIVE_XXX>中的GPIO_ACTIVE_XXX是不是无所谓配高配低?
smcdef
2018-04-22 17:36
@lcbj:取决你调用什么接口以及如何配置。例如下面的函数。
int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc)
{
    int value;

    VALIDATE_DESC(desc);
    /* Should be using gpio_get_value_cansleep() */
    WARN_ON(desc->gdev->chip->can_sleep);

    value = gpiod_get_raw_value_commit(desc);
    if (value < 0)
        return value;

    if (test_bit(FLAG_ACTIVE_LOW, &desc->flags))
        value = !value;

    return value;
}
看看这个if (test_bit(FLAG_ACTIVE_LOW, &desc->flags))value = !value;你的疑问可以通过全局搜索FLAG_ACTIVE_LOW,或者你的driver调用的接口追踪函数是否用到该flag
essaypinglun 作家
2018-04-17 20:02
有设备驱动程序,您可以在其中找到Linux驱动程序开发并获得Promer设备,通过该设备可以使用此模型享受核心逻辑设计。 你也可以从抽象模型中获得帮助。
DarkCom
2018-04-16 15:15
我最近正在学习IIO子系统及其驱动的相关东西,但是学的不是很懂。看了您关于子系统的文章获益匪浅,请问您对IIO这方面有了解吗?以后能写一篇关于IIO的文章吗?还是已经有了但我没有找到...谢谢
Johnson
2018-04-15 17:04
Dear smcdef  

在阅读您的文章时,您举得如下案例,有一个疑问:

我帮他确定问题原因是dts章reg属性的地址是0xc0。这是一个大于0x7f的值。在i2c总线注册驱动的时候会解析当前总线下的所有device。然后注册所有的从设备。就是这里的地址检查出了问题,因此这个device没有注册上。

请问:为何reg属性地址大于0x7f ,地址检查会出问题,这背后的逻辑您能简单说下吗?
smcdef
2018-04-15 23:11
@Johnson:从linux4.15抽出部分代码。i2c地址有7bit和10bit,针对7bit地址,自然不能大于7f,检测代码如下。
of_i2c_register_device->i2c_check_addr_validity
int i2c_check_addr_validity(unsigned addr, unsigned short flags)
{
    if (flags & I2C_CLIENT_TEN) {
        /* 10-bit address, all values are valid */
        if (addr > 0x3ff)
            return -EINVAL;
    } else {
        /* 7-bit address, reject the general call address */
        if (addr == 0x00 || addr > 0x7f)
            return -EINVAL;
    }
    return 0;
}
Johnson
2018-04-15 16:46
很实用 很实用 打call !!!

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