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Linux驱动开发新手必读 | 二、LED子系统——硬件驱动层

星夢妙者

星夢妙者

发布时间:2025-07-23 08:44:26

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来源于php中文网

原创

在led子系统中,硬件驱动层是关键的一部分,负责管理led设备的具体实现。本文将详细介绍led子系统硬件驱动层的实现流程及相关数据结构。

Linux驱动开发新手必读 | 二、LED子系统——硬件驱动层image-20230417084033734

LED子系统的硬件驱动层文件主要位于kernel/drivers/leds/目录下,包含的主要函数有led-gpio.cled-xxx.c。其中,led-gpio.c是通用的平台驱动程序,而led-xxx.c则是不同厂商提供的特定平台驱动程序。

1、gpio_led_probe函数分析

打开led-gpio.c文件,直接找到加载驱动的入口函数gpio_led_probe

1.1 相关数据结构

1.1.1 gpio_led_platform_data

struct gpio_led_platform_data {
    int   num_leds;
    const struct gpio_led *leds;
    #define GPIO_LED_NO_BLINK_LOW 0 /* No blink GPIO state low */
    #define GPIO_LED_NO_BLINK_HIGH 1 /* No blink GPIO state high */
    #define GPIO_LED_BLINK  2 /* Please, blink */
    gpio_blink_set_t gpio_blink_set;
};

结构体名称:gpio_led_platform_data

文件位置:include/linux/leds.h

主要作用:用于LED的平台数据,统一管理LED硬件设备。

1.1.2 gpio_leds_priv

struct gpio_leds_priv {
    int num_leds;
    struct gpio_led_data leds[];
};

结构体名称:gpio_leds_priv

文件位置:drivers/leds/leds-gpio.c

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主要作用:LED驱动的私有数据类型,管理所有LED设备。

1.2 实现流程

static int gpio_led_probe(struct platform_device *pdev){
    struct gpio_led_platform_data *pdata = dev_get_platdata(&pdev->dev);  // 检索设备的平台数据
    struct gpio_leds_priv *priv;
    int i, ret = 0;
    if (pdata && pdata->num_leds) {            // 判断平台数据LED数量
        priv = devm_kzalloc(&pdev->dev,
                sizeof_gpio_leds_priv(pdata->num_leds),
                    GFP_KERNEL);
        if (!priv)
            return -ENOMEM;
        priv->num_leds = pdata->num_leds;
        for (i = 0; i < pdata->num_leds; i++) {
            ret = create_gpio_led(&pdata->leds[i], &priv->leds[i],
                          &pdev->dev, NULL,
                          pdata->gpio_blink_set);
            if (ret < 0)
                return ret;
        }
    } else {
        priv = gpio_leds_create(pdev);
        if (IS_ERR(priv))
            return PTR_ERR(priv);
    }
    platform_set_drvdata(pdev, priv);
    return 0;
}

函数介绍:gpio_led_probe是LED驱动的入口函数,也是LED子系统中硬件设备与驱动程序匹配后执行的第一个函数。

实现思路:

  • 使用dev_get_platdata检索设备的平台数据。
  • 如果平台数据中的LED数量大于零,则使用devm_kzalloc为其分配内存空间,并使用create_gpio_led进行初始化。
  • 如果平台数据不存在或LED数量为零,则使用gpio_leds_create创建LED。
  • 最后,设置驱动程序数据,并返回0表示操作成功。

数据结构:该函数主要涉及两个数据结构gpio_led_platform_datagpio_leds_priv

2、gpio_leds_create函数分析

2.1 相关数据结构

2.1.1 gpio_led

/* For the leds-gpio driver */
struct gpio_led {
    const char *name;     // LED名称
    const char *default_trigger;  // 默认触发类型
    unsigned  gpio;     // GPIO编号
    unsigned active_low : 1;   // 低电平有效
    unsigned retain_state_suspended : 1;
    unsigned panic_indicator : 1;
    unsigned default_state : 2;  // 默认状态
    unsigned retain_state_shutdown : 1;
    /* default_state should be one of LEDS_GPIO_DEFSTATE_(ON|OFF|KEEP) */
    struct gpio_desc *gpiod;   // GPIO Group
};

结构体名称:gpio_led

文件位置:include/linux/leds.h

主要作用:描述LED的硬件信息,包括名称、GPIO编号、有效电平等。

2.1.2 gpio_led_data

struct gpio_led_data {
    struct led_classdev cdev;  // LED Class
    struct gpio_desc *gpiod;  // GPIO description
    u8 can_sleep;
    u8 blinking;     // 闪烁
    gpio_blink_set_t platform_gpio_blink_set; // 闪烁设置
};

结构体名称:gpio_led_data

文件位置:drivers/leds/leds-gpio.c

主要作用:存储LED相关数据信息,主要包括led_classdev,用于注册设备节点信息。

2.2 实现流程

static struct gpio_leds_priv *gpio_leds_create(struct platform_device *pdev){
    struct device *dev = &pdev->dev;
    struct fwnode_handle *child;
    struct gpio_leds_priv *priv;
    int count, ret;
    count = device_get_child_node_count(dev);  // 获取子节点数量
    if (!count)
        return ERR_PTR(-ENODEV);
    priv = devm_kzalloc(dev, sizeof_gpio_leds_priv(count), GFP_KERNEL);
    if (!priv)
        return ERR_PTR(-ENOMEM);
    device_for_each_child_node(dev, child) {
        struct gpio_led_data *led_dat = &priv->leds[priv->num_leds]; // 与gpio_leds_priv结构体关联
        struct gpio_led led = {};
        const char *state = NULL;
        struct device_node *np = to_of_node(child);
        ret = fwnode_property_read_string(child, "label", &led.name); // 读设备树属性,赋值gpio_led结构体
        if (ret && IS_ENABLED(CONFIG_OF) && np)
            led.name = np->name;
        if (!led.name) {
            fwnode_handle_put(child);
            return ERR_PTR(-EINVAL);
        }
        led.gpiod = devm_fwnode_get_gpiod_from_child(dev, NULL, child,
                                 GPIOD_ASIS,
                                 led.name);
        if (IS_ERR(led.gpiod)) {
            fwnode_handle_put(child);
            return ERR_CAST(led.gpiod);
        }
        fwnode_property_read_string(child, "linux,default-trigger",
                        &led.default_trigger);
        if (!fwnode_property_read_string(child, "default-state",
                         &state)) {
            if (!strcmp(state, "keep"))
                led.default_state = LEDS_GPIO_DEFSTATE_KEEP;
            else if (!strcmp(state, "on"))
                led.default_state = LEDS_GPIO_DEFSTATE_ON;
            else
                led.default_state = LEDS_GPIO_DEFSTATE_OFF;
        }
        if (fwnode_property_present(child, "retain-state-suspended"))
            led.retain_state_suspended = 1;
        if (fwnode_property_present(child, "retain-state-shutdown"))
            led.retain_state_shutdown = 1;
        if (fwnode_property_present(child, "panic-indicator"))
            led.panic_indicator = 1;
        ret = create_gpio_led(&led, led_dat, dev, np, NULL); // 将gpio_led结构体、gpio_led_data关联起来
        if (ret < 0) {
            fwnode_handle_put(child);
            return ERR_PTR(ret);
        }
        led_dat->cdev.dev->of_node = np;
        priv->num_leds++;
    }
    return priv;
}

函数介绍:gpio_leds_create主要用于创建LED设备。

实现思路:

  • 使用device_get_child_node_count获取设备树中LED子节点的数量,并根据数量分配LED设备对应的内存空间。
  • 通过device_for_each_child_node遍历每个子节点,为每个子节点创建对应的LED设备。
  • 对于每个子节点,使用fwnode_property_read_string接口读取设备树中的相关属性信息,如labellinux,default-trigger等,并将这些信息赋值给gpio_led结构体。
  • 最后,调用create_gpio_led进行设备的创建。

3、create_gpio_led函数分析

3.1 相关数据结构

3.1.1 led_classdev

struct led_classdev {
    const char  *name;
    enum led_brightness  brightness;
    enum led_brightness  max_brightness;
    int    flags;
    /* Lower 16 bits reflect status */
    #define LED_SUSPENDED  BIT(0)
    #define LED_UNREGISTERING BIT(1)
    /* Upper 16 bits reflect control information */
    #define LED_CORE_SUSPENDRESUME BIT(16)
    #define LED_SYSFS_DISABLE BIT(17)
    #define LED_DEV_CAP_FLASH BIT(18)
    #define LED_HW_PLUGGABLE BIT(19)
    #define LED_PANIC_INDICATOR BIT(20)
    #define LED_BRIGHT_HW_CHANGED BIT(21)
    #define LED_RETAIN_AT_SHUTDOWN BIT(22)
    /* set_brightness_work / blink_timer flags, atomic, private. */
    unsigned long  work_flags;
    #define LED_BLINK_SW   0
    #define LED_BLINK_ONESHOT  1
    #define LED_BLINK_ONESHOT_STOP  2
    #define LED_BLINK_INVERT  3
    #define LED_BLINK_BRIGHTNESS_CHANGE  4
    #define LED_BLINK_DISABLE  5
    /* Set LED brightness level
     * Must not sleep. Use brightness_set_blocking for drivers
     * that can sleep while setting brightness.
     */
    void  (*brightness_set)(struct led_classdev *led_cdev,
                      enum led_brightness brightness);
    /* 
     * Set LED brightness level immediately - it can block the caller for
     * the time required for accessing a LED device register.
     */
    int (*brightness_set_blocking)(struct led_classdev *led_cdev,
                       enum led_brightness brightness);
    /* Get LED brightness level */
    enum led_brightness (*brightness_get)(struct led_classdev *led_cdev);
    /*
     * Activate hardware accelerated blink, delays are in milliseconds
     * and if both are zero then a sensible default should be chosen.
     * The call should adjust the timings in that case and if it can't
     * match the values specified exactly.
     * Deactivate blinking again when the brightness is set to LED_OFF
     * via the brightness_set() callback.
     */
    int  (*blink_set)(struct led_classdev *led_cdev,
                     unsigned long *delay_on,
                     unsigned long *delay_off);
    struct device  *dev;
    const struct attribute_group **groups;
    struct list_head  node;   /* LED Device list */
    const char  *default_trigger; /* Trigger to use */
    unsigned long   blink_delay_on, blink_delay_off;
    struct timer_list  blink_timer;
    int    blink_brightness;
    int    new_blink_brightness;
    void   (*flash_resume)(struct led_classdev *led_cdev);
    struct work_struct set_brightness_work;
    int   delayed_set_value;
    #ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS
    /* Protects the trigger data below */
    struct rw_semaphore  trigger_lock;
    struct led_trigger *trigger;
    struct list_head  trig_list;
    void   *trigger_data;
    /* true if activated - deactivate routine uses it to do cleanup */
    bool   activated;
    #endif
    #ifdef CONFIG_LEDS_BRIGHTNESS_HW_CHANGED
    int    brightness_hw_changed;
    struct kernfs_node *brightness_hw_changed_kn;
    #endif
    /* Ensures consistent access to the LED Flash Class device */
    struct mutex  led_access;
};

结构体名称:led_classdev

文件位置:include/linux/leds.h

主要作用:该结构体包含多个功能,如:

  • brightness:当前亮度值
  • max_brightness:最大亮度值
  • LED闪烁功能控制:blink_timerblink_brightnessnew_blink_brightness
  • attribute_group:创建sysfs文件节点,提供用户访问接口

3.2 实现流程

static int create_gpio_led(const struct gpio_led *template,
    struct gpio_led_data *led_dat, struct device *parent,
    struct device_node *np, gpio_blink_set_t blink_set){
    int ret, state;
    led_dat->gpiod = template->gpiod;
    if (!led_dat->gpiod) {
        /* 
         * This is the legacy code path for platform code that 
         * still uses GPIO numbers. Ultimately we would like to get 
         * rid of this block completely.
         */
        unsigned long flags = GPIOF_OUT_INIT_LOW;
        /* skip leds that aren't available */
        if (!gpio_is_valid(template->gpio)) {        // 判断是否gpio合法
            dev_info(parent, "Skipping unavailable LED gpio %d (%s)\n",
                    template->gpio, template->name);
            return 0;
        }
        if (template->active_low)
            flags |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
        ret = devm_gpio_request_one(parent, template->gpio, flags,
                        template->name);
        if (ret < 0)
            return ret;
        led_dat->gpiod = gpio_to_desc(template->gpio);      // 获取gpio组
        if (!led_dat->gpiod)
            return -EINVAL;
    }
    led_dat->cdev.name = template->name;         // 赋值一些属性信息
    led_dat->cdev.default_trigger = template->default_trigger;
    led_dat->can_sleep = gpiod_cansleep(led_dat->gpiod);
    if (!led_dat->can_sleep)
        led_dat->cdev.brightness_set = gpio_led_set;      // 设置LED
    else
        led_dat->cdev.brightness_set_blocking = gpio_led_set_blocking;
    led_dat->blinking = 0;
    if (blink_set) {
        led_dat->platform_gpio_blink_set = blink_set;
        led_dat->cdev.blink_set = gpio_blink_set;
    }
    if (template->default_state == LEDS_GPIO_DEFSTATE_KEEP) {
        state = gpiod_get_value_cansleep(led_dat->gpiod);
        if (state < 0)
            return state;
    } else {
        state = (template->default_state == LEDS_GPIO_DEFSTATE_ON);
    }
    led_dat->cdev.brightness = state ? LED_FULL : LED_OFF;
    if (!template->retain_state_suspended)
        led_dat->cdev.flags |= LED_CORE_SUSPENDRESUME;
    if (template->panic_indicator)
        led_dat->cdev.flags |= LED_PANIC_INDICATOR;
    if (template->retain_state_shutdown)
        led_dat->cdev.flags |= LED_RETAIN_AT_SHUTDOWN;
    ret = gpiod_direction_output(led_dat->gpiod, state);
    if (ret < 0)
        return ret;
    return devm_of_led_classdev_register(parent, &led_dat->cdev);  // 将LED设备注册到子系统中
}

函数介绍:create_gpio_led是创建LED设备的核心函数。

实现思路:

  • 通过gpio_is_valid接口判断GPIO是否合法。
  • 将从设备树解析出来的信息填充到gpio_led_data字段中,并初始化部分字段,如led_classdevgpio_desc等。
  • 填充回调函数,实现相应的动作,如gpio_led_setgpio_led_set_blockinggpio_blink_set等。
  • 最后调用devm_of_led_classdev_register接口,将LED设备注册到LED框架中。

4、回调函数分析

4.1 gpio_blink_set

static int gpio_blink_set(struct led_classdev *led_cdev,
    unsigned long *delay_on, unsigned long *delay_off){
    struct gpio_led_data *led_dat = cdev_to_gpio_led_data(led_cdev);
    led_dat->blinking = 1;
    return led_dat->platform_gpio_blink_set(led_dat->gpiod, GPIO_LED_BLINK,
                        delay_on, delay_off);
}

函数介绍:gpio_blink_set主要用于设置闪烁的时延。

4.2 gpio_led_setgpio_led_set_blocking

static inline struct gpio_led_data *
            cdev_to_gpio_led_data(struct led_classdev *led_cdev){
    return container_of(led_cdev, struct gpio_led_data, cdev);
}
static void gpio_led_set(struct led_classdev *led_cdev,
    enum led_brightness value){
    struct gpio_led_data *led_dat = cdev_to_gpio_led_data(led_cdev);
    int level;
    if (value == LED_OFF)
        level = 0;
    else
        level = 1;
    if (led_dat->blinking) {
        led_dat->platform_gpio_blink_set(led_dat->gpiod, level,
                         NULL, NULL);
        led_dat->blinking = 0;
    } else {
        if (led_dat->can_sleep)
            gpiod_set_value_cansleep(led_dat->gpiod, level);
        else
            gpiod_set_value(led_dat->gpiod, level);
    }
}
static int gpio_led_set_blocking(struct led_classdev *led_cdev,
    enum led_brightness value){
    gpio_led_set(led_cdev, value);
    return 0;
}

函数介绍:gpio_led_setgpio_led_set_blocking主要用于设置亮度,区别在于gpio_led_set不可睡眠,而gpio_led_set_blocking可休眠。

5、总结

以上我们了解了硬件驱动层的实现流程以及相关数据结构,总结如下:

5.1 数据结构之间的关系如下

Linux驱动开发新手必读 | 二、LED子系统——硬件驱动层LED子系统-LED数据结构.drawio

5.2 函数实现流程如下

gpio_led_probe(drivers/leds/leds-gpio.c)
    |--> gpio_leds_create
        |--> create_gpio_led
            //  创建LED设备
            |--> devm_of_led_classdev_register      

5.3 主要作用如下

  • 从设备树获取LED相关属性信息,赋值给gpio_led结构体。
  • gpio_ledgpio_leds_privled_classdev等数据结构关联起来。
  • 将LED设备注册进入LED子系统中。

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