Linux下的Backlight子系统（一）
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原创作者：南京邮电大学 通信与信息系统专业 研二 魏清
一．Backlight背光子系统概述
我们的LCD屏常常需要一个背光，调节LCD屏背光的亮度，这里所说的背光不是仅仅亮和不亮两种，而是根据用户的需求，背光亮度是可以任意调节。Linux内核中有一个backlight背光子系统，该系统就是为满足用户这种需求设计的，用户只要根据自己的LCD背光电路中PWM输出引脚，对内核backlight子系统代码进行相应的配置，就可以实现LCD的背光。
LCD的背光原理主要是由核心板的一根引脚控制背光电源，一根PWM引脚控制背光亮度组成，应用程序可以通过改变PWM的频率达到改变背光亮度的目的。
我们这里主要讲解基于backlight子系统的蜂鸣器驱动，其实简单的使得蜂蜜器发声的驱动很简单，这里只是把蜂鸣器作为一种设备，而且这种设备原理类似背光的原理，都是基于pwm的，而我们的终极目的是使用backlight背光子系统。综上所述，backlight子系统是基于pwm核心的一种驱动接口，如果你使用的一种设备也是基于pwm的，并且需要用户可以调节pwm的频率以达到诸如改变背光亮度，改变蜂鸣器频率的效果，那么你可以使用这个backlight背光子系统。
二．PWM核心驱动
我们先讲解下PWM核心
先熟悉下pwm核心代码在/arch/arm/plat-s3c/pwm.c
查看/arch/arm/plat-s3c/Makefile
obj-$(CONFIG_HAVE_PWM) += pwm.o
查看/arch/arm/plat-s3c/Konfig，发现同目录的Konfig中无对应HAVE_PWM选项
查看/arch/arm/plat-s3c24xx/Konfig
config S3C24XX_PWM
bool "PWM device support"
select HAVE_PWM
help
Support for exporting the PWM timer blocks via the pwm device
system.
所以配置内核make menuconfig时，需要选中这一项。
好了，我们看看pwm.c，它是pwm核心驱动，该驱动把设备和驱动没有分离开来，都写在了这个pwm.c中，我们先看看pwm.c中的驱动部分
static int __init pwm_init(void)
{
int ret;
clk_scaler[0] = clk_get(NULL, "pwm-scaler0"); //获取0号时钟
clk_scaler[1] = clk_get(NULL, "pwm-scaler1"); //获取1号时钟
if (IS_ERR(clk_scaler[0]) || IS_ERR(clk_scaler[1])) {
printk(KERN_ERR "%s: failed to get scaler clocks\n", __func__);
return -EINVAL;
}
ret = platform_driver_register(&s3c_pwm_driver); //注册pwm驱动
if (ret)
printk(KERN_ERR "%s: failed to add pwm driver\n", __func__);
return ret;
}
跟踪下s3c_pwm_driver的定义
static struct platform_driver s3c_pwm_driver = {
.driver = {
.name = "s3c24xx-pwm", //驱动名
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = s3c_pwm_probe, //探测函数
.remove = __devexit_p(s3c_pwm_remove),
};
我们看看探测函数s3c_pwm_probe
static int s3c_pwm_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device *dev = &pdev->dev;
struct pwm_device *pwm;
unsigned long flags;
unsigned long tcon;
unsigned int id = pdev->id;
int ret;
if (id == 4) {
dev_err(dev, "TIMER4 is currently not supported\n");
return -ENXIO;
}
pwm = kzalloc(sizeof(struct pwm_device), GFP_KERNEL); //分配pwm设备空间
if (pwm == NULL) {
dev_err(dev, "failed to allocate pwm_device\n");
return -ENOMEM;
}
pwm->pdev = pdev;
pwm->pwm_id = id;
pwm->tcon_base = id == 0 ? 0 : (id * 4) + 4; //计算TCON中控制哪个定时器
pwm->clk = clk_get(dev, "pwm-tin"); //获取预分频后的时钟
if (IS_ERR(pwm->clk)) {
dev_err(dev, "failed to get pwm tin clk\n");
ret = PTR_ERR(pwm->clk);
goto err_alloc;
}
pwm->clk_div = clk_get(dev, "pwm-tdiv");
if (IS_ERR(pwm->clk_div)) { //获取二次分频后的时钟
dev_err(dev, "failed to get pwm tdiv clk\n");
ret = PTR_ERR(pwm->clk_div);
goto err_clk_tin;
}
local_irq_save(flags);
tcon = __raw_readl(S3C2410_TCON);
tcon |= pwm_tcon_invert(pwm); //信号反转输出
__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
local_irq_restore(flags);
ret = pwm_register(pwm); //注册pwm设备
if (ret) {
dev_err(dev, "failed to register pwm\n");
goto err_clk_tdiv;
}
pwm_dbg(pwm, "config bits %02x\n",
(__raw_readl(S3C2410_TCON) >> pwm->tcon_base) & 0x0f);
dev_info(dev, "tin at %lu, tdiv at %lu, tin=%sclk, base %d\n",
clk_get_rate(pwm->clk),
clk_get_rate(pwm->clk_div),
pwm_is_tdiv(pwm) ? "div" : "ext", pwm->tcon_base);
platform_set_drvdata(pdev, pwm);
return 0;
err_clk_tdiv:
clk_put(pwm->clk_div);
err_clk_tin:
clk_put(pwm->clk);
err_alloc:
kfree(pwm);
return ret;
}
下面看看注册pwm设备的函数pwm_register
static LIST_HEAD(pwm_list);
static int pwm_register(struct pwm_device *pwm)
{
pwm->duty_ns = -1;
pwm->period_ns = -1;
mutex_lock(&pwm_lock);
list_add_tail(&pwm->list, &pwm_list); //把pwm设备挂到pwm_list链表上
mutex_unlock(&pwm_lock);
return 0;
}
剩下来，我们看看这个pwm.c给我们提供了哪些接口函数
struct pwm_device *pwm_request(int pwm_id, const char *label)
int pwm_config(struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns)
int pwm_enable(struct pwm_device *pwm)
void pwm_free(struct pwm_device *pwm)
EXPORT_SYMBOL(pwm_request); //申请PWM设备
EXPORT_SYMBOL(pwm_config); //配置PWM设备，duty_ns为空占比，period_ns为周期
EXPORT_SYMBOL(pwm_enable); //启动Timer定时器
EXPORT_SYMBOL(pwm_disable); //关闭Timer定时器
上面这个函数，只要知道API，会调用就行了，在此，我分析下最难的一个配置PWM函数，这个函数主要是根据周期period_ns，计算TCNT，根据空占比duty_ns，计算TCMP，然后写入相应寄存器。
int pwm_config(struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns)
{
unsigned long tin_rate;
unsigned long tin_ns;
unsigned long period;
unsigned long flags;
unsigned long tcon;
unsigned long tcnt;
long tcmp;
if (period_ns > NS_IN_HZ || duty_ns > NS_IN_HZ)
return -ERANGE;
if (duty_ns > period_ns)
return -EINVAL;
if (period_ns == pwm->period_ns &&
duty_ns == pwm->duty_ns)
return 0;
tcmp = __raw_readl(S3C2410_TCMPB(pwm->pwm_id));
tcnt = __raw_readl(S3C2410_TCNTB(pwm->pwm_id));
period = NS_IN_HZ / period_ns; //计算周期
pwm_dbg(pwm, "duty_ns=%d, period_ns=%d (%lu)\n",
duty_ns, period_ns, period);
if (pwm->period_ns != period_ns) {
if (pwm_is_tdiv(pwm)) {
tin_rate = pwm_calc_tin(pwm, period);
clk_set_rate(pwm->clk_div, tin_rate);
} else
tin_rate = clk_get_rate(pwm->clk);
pwm->period_ns = period_ns;
pwm_dbg(pwm, "tin_rate=%lu\n", tin_rate);
tin_ns = NS_IN_HZ / tin_rate;
tcnt = period_ns / tin_ns; //根据周期求TCNT，n=To/Ti
} else
tin_ns = NS_IN_HZ / clk_get_rate(pwm->clk);
tcmp = duty_ns / tin_ns; //根据空占比求TCMP
tcmp = tcnt - tcmp; //根据占空比求TCMP
if (tcmp == tcnt)
tcmp--;
pwm_dbg(pwm, "tin_ns=%lu, tcmp=%ld/%lu\n", tin_ns, tcmp, tcnt);
if (tcmp < 0)
tcmp = 0;
local_irq_save(flags);
__raw_writel(tcmp, S3C2410_TCMPB(pwm->pwm_id)); //写入TCMP
__raw_writel(tcnt, S3C2410_TCNTB(pwm->pwm_id)); //写入TCNT
tcon = __raw_readl(S3C2410_TCON);
tcon |= pwm_tcon_manulupdate(pwm);
tcon |= pwm_tcon_autoreload(pwm); //自动加载
__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
tcon &= ~pwm_tcon_manulupdate(pwm); //更新TCNT和TCMP
__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
local_irq_restore(flags);
return 0;
}
下面说说这个周期是怎么设计的
我们定时器的输出频率fi=PCLK/(prescaler value+1)/(divider value)，这个可以获得确定值
我们需要写入一个初值n给TCNT，这样就可以获得一个频率，为什么呢？
根据初值n=fi/fo，那么n=To/Ti
所以当用户给pwm_config函数传递一个周期period_ns，其实就是To=period_ns
这样根据前面公式n=To/Ti= period_ns/fi，然后将这个初值n写入TCNT就可以改变周期了
接着我再补充说明下pwm_config函数里代码注释关于自动加载怎么回事？
定时器工作原理其实是TCNT的值在时钟到来时，减一计数，每次减一完后，拿当前TCNT与TCMP比较，如果TCNT=TCMP，那么信号电平反向输出，然后TCNT继续减一计数，知道TCNT减到零后，如果有自动加载功能那么此时将由TCNTB把计数初值再次写给TCNTP，同时TCMPB把比较值给TCMP，这样就完成一次初值重装，然后继续进行计数。我们给这种加载模式起了个名字叫双缓冲机制，其中TCMPB和TCNTB就是Buffer缓存。
前面说pwm.c集驱动和设备于一体，那么下面我们看看设备相关的代码
#define TIMER_RESOURCE_SIZE (1)
#define TIMER_RESOURCE(_tmr, _irq) \
(struct resource [TIMER_RESOURCE_SIZE]) { \
[0] = { \
.start = _irq, \
.end = _irq, \
.flags = IORESOURCE_IRQ \
} \
}
#define DEFINE_S3C_TIMER(_tmr_no, _irq) \
.name = "s3c24xx-pwm", \
.id = _tmr_no, \
.num_resources = TIMER_RESOURCE_SIZE, \
.resource = TIMER_RESOURCE(_tmr_no, _irq), \
struct platform_device s3c_device_timer[] = {
[0] = { DEFINE_S3C_TIMER(0, IRQ_TIMER0) },
[1] = { DEFINE_S3C_TIMER(1, IRQ_TIMER1) },
[2] = { DEFINE_S3C_TIMER(2, IRQ_TIMER2) },
[3] = { DEFINE_S3C_TIMER(3, IRQ_TIMER3) },
[4] = { DEFINE_S3C_TIMER(4, IRQ_TIMER4) },
};
上面的代码就是设备部分代码，其实就是五个定时器的资源，我们把目光放在DEFINE_S3C_TIMER宏上，你会发现其设备名是"s3c24xx-pwm"，而我们在pwm.c中定义的驱动名也是"s3c24xx-pwm"，这样如果我们把设备注册到内核，那么设备"s3c24xx-pwm"和驱动"s3c24xx-pwm"就会匹配成功。所以如果你用到定时器0，那么你只要在BSP中添加s3c_device_timer[0]就可以了。我们现在做的是蜂鸣器驱动，使用的是Timer0定时器，我们就在mini2440的BSP文件mach-mini2440.c中添加如下代码
static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = {
……
&s3c_device_timer[0], //添加
};
这样我们就分析完pwm核心层的代码了。