第六课:在LCD驱动中使用设备树

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按照计划,本课会讲解修改uboot和内核让JZ2440支持设备树。

但前面修改uboot已经讲解完了,修改内核也没必要单独讲,可以直接看内核补丁,修改的方法也并不复杂。

内核补丁路径:

doc_and_sources_for_device_tree/source_and_images/5,6课的源码及映像文件(使用了完全版的设备树)/5课第4_内核补丁及设备树/linux-4.19-rc3_device_tree_for_irq_jz2440.patch

对内核的修改并不多,里面大部分是移植yaffs,yaffs是一个文件系统,他适合在nand flash上使用,要是对移植yaffs感兴趣的话,可以看看毕业班的视频。

实际上涉及设备树的修改并不多,那我怎么知道修改那些呢?

我使用最笨的方法——添加打印。在发现内核启动卡住后,就沿着内核启动流程调用的函数添加打印,比如在`init.c`函数添加了一系列打印,看它卡在哪个函数,再进入该函数添加打印。

这里打印使用的是early_print(),因为printk()很可能还不能使用,early_print()直接把数据写到串口里面,和硬件驱动没有什么关系。


第01节_使用设备树给DM9000网卡_触摸屏指定中断

在上一课我们把中断体系讲得很清楚了,我们先看一下内核里的网卡驱动程序,所在路径为:

drivers/net/ethernet/davicom/dm9dev9000.c

在这里做了一件非常取巧的事情,以前中断号和硬件绑定时,它的中断号是IRQ_EINT7,现在我直接偷懒将其赋值为7,实际上这种方法是非常不保险的。

从原理上我们可以知道网卡使用的是EINT7,对于EINT7它的hwirq是7,它就会从bit7开始查找,bit7如果没有被占用,那么它的虚拟中断号就等于7。万一有其它中断程序使用了上一级的第7号中断,后面EINT7的虚拟中断号就不会等于7,所以我们在驱动程序里指定中断号存在风险,因此我们需要改正这种做法。

网卡设备树节点

我们可以先在设备树里声明使用哪一个中断,在网卡中指定中断:

    srom-cs4@20000000 {
        compatible = "simple-bus";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        reg = <0x20000000 0x8000000>;
        ranges;

        ethernet@20000000 {
            compatible = "davicom,dm9000";
            reg = <0x20000000 0x2 0x20000004 0x2>;
            interrupt-parent = <&gpf>;
            interrupts = <7 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
            local-mac-address = [00 00 de ad be ef];
            davicom,no-eeprom;
        };
    };

节点srom-cs位于根目录下面,它的compatiblesimple-bus,对于simple-bus下面的子节点它也会创建为一个平台设备,它的compatibledavicom,dm9000,我们以后将根据这个值找到对应的驱动程序,在这个节点里面它指定了中断的信息,我们需要修改驱动程序为这个设备节点添加一个platform_driver,在platform_driverprobe()函数里面,把这个中断号确定下来。 修改代码过程参考视频。


触摸屏设备树节点

触摸屏的设备树节点如下:

    jz2440ts@5800000 {
        compatible = "jz2440,ts";
        reg = <0x58000000 0x100>;
        reg-names = "adc_ts_physical";
        interrupts = <1 31 9 3>, <1 31 10 3>;
        interrupt-names = "int_ts", "int_adc_s";
        clocks = <&clocks PCLK_ADC>;
        clock-names = "adc";
    };

该节点没有指定interrupt-parent,中断将发给它的父节点(也就是根节点),在根节点有interrupt-parent = <0x1>;,根据0x01找到phandle

触摸屏使用了两个中断,一个是按下/松开时产生的中断,另外一个是ADC的中断。一但触摸屏产生信号,就传给子中断控制器(sub interrupt),再由子中断控制器发给顶级的中断控制器(interrupt controller)。

interrupts后面的4个32位数字含义如下:

第一个表示是发给主控制器还是子控制器,为1表示发给子控制器;

第二个表示子中断控制器发给主控制器的哪一个;

第三个表示是这个中断控制器里的哪一个中断;

第四个表示中断的触发方式;


通过第三个数字可以知道该节点的第0个中断资源是TC,第1个中断是ADC。

测试

两个驱动程序修改完后,分别上传到内核如下目录:

drivers/net/ethernet/davicom
drivers/input/touchscreen

测试步骤如下:

a. 编译内核

b. 使用新的uImage启动

c. 测试网卡:

ifconfig eth0 192.168.1.101
ping 192.168.1.1

d. 测试触摸屏:

hexdump /dev/evetn0 // 然后点击触摸屏

第02节_在设备树中时钟的简单使用

在本课里,本来只打算讲解两节,分别是网卡、触摸屏指定中断和在设备树里为LCD指定参数,后来发现LCD节点涉及clock和pinctrl,因此又扩充了两节。

时钟框图

先来看看S3C2440时钟的硬件框图:

Ldd devicetree chapter6 2 001.png


将该图简化如下:

Ldd devicetree chapter6 2 002.jpg

我们只想作为消费者怎么去使用这些时钟,并不关心“提供者”内部的层级结构,只要知道“直接提供者”,也不关系“直接提供者”的实现,我们只需要发出请求就可以了。

晶振设备树描述

我们看看在2440的设备树里怎么描述这提供者和消费者。先来看看晶振:

	xti: xti_clock {
		compatible = "fixed-clock";
		clock-frequency = <12000000>;
		clock-output-names = "xti";
		#clock-cells = <0>;
	};

根据compatible可以找到对应的驱动,驱动程序将晶振的频率记录下来,以后作为计算的基准。

然后再是PLL的设备节点:

	clocks: clock-controller@4c000000 {
		compatible = "samsung,s3c2440-clock";
		reg = <0x4c000000 0x20>;
		#clock-cells = <1>;
	};

设备节点本身非常简单,复杂的是它对应的驱动程序。在驱动程序里面,肯定会根据reg获得寄存器的地址,然后设置各种内容。


大部分的芯片为了省电,它的外部模块时钟平时都是关闭的,只有在使用某个模块时,才设置相应的寄存器开启对应的时钟。


这些使用者各有不同,要怎么描述这些使用者呢?

我们可以为它们配上一个ID。在设备树中的#clock-cells = <1>;表示 用多少个u32位来描述消费者。在本例中使用一个u32来描述。


这些ID值由谁提供的?

是由驱动程序提供的,该节点会对应一个驱动程序,驱动程序给硬件(消费者)都分配了一个ID,所以说复杂的操作都留给驱动程序来做。

LCD时钟设备树描述

消费者想使用时钟时,首先要找到时钟的直接提供者,向它发出申请。以LCD为例:

    fb0: fb@4d000000{
        compatible = "jz2440,lcd";
        reg = <0x4D000000 0x60>;
        interrupts = <0 0 16 3>;
        clocks = <&clocks HCLK_LCD>;
        clock-names = "lcd";
        ……
	}


clock属性里,首先要确定向谁发出时钟申请,这里是向clocks发出申请,然后确定想要时钟提供者提供哪一路时钟,这里是HCLK_LCD,在驱动程序里定义了该宏,每种宏对应了一个时钟ID。

定义如下:

……
/* hclk-gates */
#define HCLK_LCD		32
#define HCLK_USBH		33
#define HCLK_USBD		34
#define HCLK_NAND		35
#define HCLK_CAM		36
……

因此,我们只需要在设备节点定义clocks这个属性,这个属性确定时钟提供者,然后确定时钟ID,也就是向时钟提供者申请哪一路时钟。

对应的内核文档可以参考这两个文件:

Documentation/devicetree/bindings/clock/clock-bindings.txt
Documentation/devicetree/bindings/clock/samsung,s3c2410-clock.txt


那么我这个设备驱动程序,怎么去使用这些时钟呢? 以前的驱动程序:clk_get(NULL, "name"); clk_prepare_enable(clk); 现在的驱动程序:of_clk_get(node, 0); clk_prepare_enable(clk);

总结

a. 设备树中定义了各种时钟, 在文档中称之为"Clock providers", 比如:

	clocks: clock-controller@4c000000 {
		compatible = "samsung,s3c2440-clock";
		reg = <0x4c000000 0x20>;
		#clock-cells = <1>;      // 想使用这个clocks时要提供1个u32来指定它, 比如选择这个clocks中发出的LCD时钟、PWM时钟
	};

b. 设备需要时钟时, 它是"Clock consumers", 它描述了使用哪一个"Clock providers"中的哪一个时钟(id), 比如:

    fb0: fb@4d000000{
        compatible = "jz2440,lcd";
        reg = <0x4D000000 0x60>;
        interrupts = <0 0 16 3>;
        clocks = <&clocks HCLK_LCD>;  // 使用clocks即clock-controller@4c000000中的HCLK_LCD		
	};

c. 驱动中获得/使能时钟:

	// 确定时钟个数
	int nr_pclks = of_count_phandle_with_args(dev->of_node, "clocks",
						"#clock-cells");
	// 获得时钟
	for (i = 0; i < nr_pclks; i++) {
		struct clk *clk = of_clk_get(dev->of_node, i);
	}

	// 使能时钟
	clk_prepare_enable(clk);

	// 禁止时钟
	clk_disable_unprepare(clk);

第03节_在设备树中pinctrl的简单使用

这节课讲解在设备树中pinctrl的简单使用,pinctrl从名字上就可以猜到它是控制引脚的。

基本概念

在讲解使用方法前,先讲解几个概念。

Bank: 以引脚名为依据, 这些引脚分为若干组, 每组称为一个Bank

比如s3c2440里有GPA、GPB、GPC等Bank,
每个Bank中有若干个引脚, 比如GPA0,GPA1, ..., GPC0, GPC1,...等引脚

Ldd devicetree chapter6 3 001.jpg


Group: 以功能为依据, 具有相同功能的引脚称为一个Group

比如s3c2440中串口0的TxD、RxD引脚使用 GPH2,GPH3, 那这2个引脚可以列为一组
比如s3c2440中串口0的流量控制引脚使用 GPH0,GPH1, 那这2个引脚也可以列为一组

Ldd devicetree chapter6 3 002.jpg


State: 设备的某种状态, 比如内核自己定义的"default","init","idel","sleep"状态;

也可以是其他自己定义的状态, 比如串口的"flow_ctrl"状态(使用流量控制)
设备处于某种状态时, 它可以使用若干个Group引脚

Ldd devicetree chapter6 3 003.jpg

当串口处于“default”状态时,它是由pinctrl-0指定若干组(group)引脚; 当串口处于“sleep”状态时,它是由pinctrl-1指定若干组(group)引脚;


设备的pinctrl的设置时机

a. platform_device, platform_driver匹配时:

"第3课第06节_platform_device跟platform_driver的匹配" 中讲解了platform_device和platform_driver的匹配过程,最终都会调用到 really_probe (drivers/base/dd.c)

really_probe:
	/* If using pinctrl, bind pins now before probing */
	ret = pinctrl_bind_pins(dev);
				dev->pi ns->default_state = pinctrl_lookup_state(dev->pins->p,
								PINCTRL_STATE_DEFAULT);  /* 获得"default"状态的pinctrl */
				dev->pins->init_state = pinctrl_lookup_state(dev->pins->p,
								PINCTRL_STATE_INIT);    /* 获得"init"状态的pinctrl */

				ret = pinctrl_select_state(dev->pins->p, dev->pins->init_state);    /* 优先设置"init"状态的引脚 */
				ret = pinctrl_select_state(dev->pins->p, dev->pins->default_state); /* 如果没有init状态, 则设置"default"状态的引脚 */
								
	......
	ret = drv->probe(dev);

所以: 如果设备节点中指定了pinctrl, 在对应的probe函数被调用之前, 先"bind pins", 即先绑定、设置引脚

b. 驱动中想选择、设置某个状态的引脚:

   devm_pinctrl_get_select_default(struct device *dev);      // 使用"default"状态的引脚
   pinctrl_get_select(struct device *dev, const char *name); // 根据name选择某种状态的引脚
   
   pinctrl_put(struct pinctrl *p);   // 不再使用, 退出时调用

第04节_使用设备树给LCD指定各种参数

参考文章:
[| 讓TQ2440也用上設備樹(1) ]
参考代码:
https://github.com/pengdonglin137/linux-4.9/blob/tq2440_dt/drivers/video/fbdev/s3c2410fb.c
实验方法:
所用文件在: doc_and_sources_for_device_tree\source_and_images\第5,6课的源码及映像文件(使用了完全版的设备树)\第6课第4节_LCD驱动\02th_我修改的

a. 替换dts文件: 把jz2440_irq.dts放入内核 arch/arm/boot/dts目录,

b. 替换驱动文件: 把s3c2410fb.c 放入内核 drivers/video/fbdev/ 目录, 修改 内核 drivers/video/fbdev/Makefile :

obj-$(CONFIG_FB_S3C2410)          += lcd_4.3.o

改为:

obj-$(CONFIG_FB_S3C2410)          += s3c2410fb.o

c. 编译驱动、编译dtbs:

export  PATH=PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/work/system/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi/bin
cp config_ok  .config
make uImage   // 生成 arch/arm/boot/uImage
make dtbs     // 生成 arch/arm/boot/dts/jz2440_irq.dtb

d. 使用上述uImage, dtb启动内核即可看到LCD有企鹅出现

(1). 设备树中的描述:

    fb0: fb@4d000000{
        compatible = "jz2440,lcd";
        reg = <0x4D000000 0x60>;
        interrupts = <0 0 16 3>;
        clocks = <&clocks HCLK_LCD>;   /* a. 时钟的处理 */
        clock-names = "lcd";
        pinctrl-names = "default";     /* b. pinctrl */
        pinctrl-0 = <&lcd_pinctrl &lcd_backlight &gpb0_backlight>;/*添加一组背光控制引脚*/
        status = "okay";

		/* c. 根据LCD引脚特性设置lcdcon5, 指定lcd时序参数 */
        lcdcon5 = <0xb09>;
        type = <0x60>;
        width = /bits/ 16 <480>;
        height = /bits/ 16 <272>;
        pixclock = <100000>;       /* 单位: ps, 10^-12 S,  */
        xres = /bits/ 16 <480>;
        yres = /bits/ 16 <272>;
        bpp = /bits/ 16 <16>;
        left_margin = /bits/ 16 <2>;
        right_margin =/bits/ 16  <2>;
        hsync_len = /bits/ 16 <41>;
        upper_margin = /bits/ 16 <2>;
        lower_margin = /bits/ 16 <2>;
        vsync_len = /bits/ 16 <10>;
    };

&pinctrl_0 {
	gpb0_backlight: gpb0_backlight {
		samsung,pins = "gpb-0";
		samsung,pin-function = <1>;
		samsung,pin-val = <1>;
	};
};

(2) 代码中的处理: a. 时钟的处理:

info->clk = of_clk_get(dev->of_node, 0);
clk_prepare_enable(info->clk);

b. pinctrl: 代码中无需处理, 在 platform_device/platform_driver匹配之后就会设置"default"状态对应的pinctrl

配置gpio引脚为lcd功能,查看文件jz2440_irq_all.dts

lcd_pinctrl {
			samsung,pins = "gpc-8", "gpc-9", "gpc-10", "gpc-11", "gpc-12", "gpc-13", "gpc-14", "gpc-15", "gpd-0", "gpd-1", "gpd-2", "gpd-3", "gpd-4", "gpd-5", "gpd-6", "gpd-7", "gpd-8", "gpd-9", "gpd-10", "gpd-11", "gpd-12", "gpd-13", "gpd-14", "gpd-15", "gpc-1", "gpc-2", "gpc-3", "gpc-4";
			samsung,pin-function = <0x2>;
			phandle = <0x8>;
		};

背光引脚,用来使能lcd电源

lcd_backlight {
			samsung,pins = "gpg-4";
			samsung,pin-function = <0x3>;
			phandle = <0x9>;
		};

背光引脚

gpb0_backlight {
			samsung,pins = "gpb-0";
			samsung,pin-function = <0x1>;//引脚功能为输出
			samsung,pin-val = <0x1>;//初始电平为1
			phandle = <0xa>;
		};

c. 根据LCD引脚特性设置lcdcon5, 指定lcd时序参数: 打开wiki看新一期加强版lcd编程的介绍

引用lcd页面

Vclk 每一个clk,电子枪移动一个像素,我们需要设置lcd的时钟参数,通过LCD芯片手册的参数进行设置

时钟

f=10M=10*10^6 = 10^7

周期

t=1/f=10^-7 = 10^-7 * 10^12 * 10^-12 s = 10^5皮秒

也就是pixclock值的由来

Ldd devicetree chapter6 4 001.png

lcdcon5 = <0xb09>;含义是指定了LCD信号的极性 可以查看老的lcd驱动里面有注释,这些值也是根据LCD极性来确定

代码中如何处理lcd设备树节点属性?

直接读设备树节点中的各种属性值, 用来设置驱动参数

of_property_read_u32(np, "lcdcon5", (u32 *)(&display->lcdcon5));
of_property_read_u32(np, "type", &display->type);
of_property_read_u16(np, "width", &display->width);
of_property_read_u16(np, "height", &display->height);
of_property_read_u32(np, "pixclock", &display->pixclock);
of_property_read_u16(np, "xres", &display->xres);
of_property_read_u16(np, "yres", &display->yres);
of_property_read_u16(np, "bpp", &display->bpp);
of_property_read_u16(np, "left_margin", &display->left_margin);
of_property_read_u16(np, "right_margin", &display->right_margin);
of_property_read_u16(np, "hsync_len", &display->hsync_len);
of_property_read_u16(np, "upper_margin", &display->upper_margin);
of_property_read_u16(np, "lower_margin", &display->lower_margin);
of_property_read_u16(np, "vsync_len", &display->vsync_len);

新老版本lcd驱动的对比请看视频