Linux显卡驱动亮度调节功能书写指南.md

爱被打了一巴掌 2022-11-05 06:24 191阅读 0赞

# 综述 #

最近在一些项目中，接触了一些嵌入式领域的常用显卡。这类显卡一般都是不提供亮度调节等功能的，因此这部分需要自己实现。这也是第一次从头实现背光这一套，还比较简单的，记录一下。

一般来讲，内核驱动的通用套路是，内核把公共的部分抽象出来做好，和设备相关的部分就需要各设备驱动自己做。这也就是我们常说的驱动框架，背光设备的话，肯定是套drm驱动里面的东西。背光设备初始化，一定是在显卡初始化里面做的，初始化好的的背光设备，会在`/sys/class/backlight/XXX`，上层调用这个接口，驱动处理相关的事件。

因此背光设备主要做的有两部分：设备初始化和上层是事件的处理。

## 初始化 ##

drm专门提供了一个接口使用从来初始化背光设备的，定义在`include/drm/drm_connector.h`中的`struct drm_connector_funcs`结构体里。

/**
         * @late_register:
         *
         * This optional hook can be used to register additional userspace
         * interfaces attached to the connector, light backlight control, i2c,
         * DP aux or similar interfaces. It is called late in the driver load
         * sequence from drm_connector_register() when registering all the
         * core drm connector interfaces. Everything added from this callback
         * should be unregistered in the early_unregister callback.
         *
         * This is called while holding &drm_connector.mutex.
         *
         * Returns:
         *
         * 0 on success, or a negative error code on failure.
         */
        int (*late_register)(struct drm_connector *connector);

如果这个函数实现为空，则驱动认为没有背光设备，不执行。请注意，这个函数广义上的操作是在sys下注册背光设备接口，已经在`drm_connector_register`里面写好了调用，不要自己写调用也不要问我是怎么知道的。`drm_connector_register`这个函数的主要作用是在sys下注册每一个connector，一般注册路径是`/sys/devices/pciXXX/.../drm/`这里，之后会check看看显卡驱动是否实现了`late_register`接口。

int drm_connector_register(struct drm_connector *connector)
    
    {
    
        int ret = 0;
        ret = drm_sysfs_connector_add(connector);
        if (ret)
            goto unlock;
    
        if (connector->funcs->late_register) {
            ret = connector->funcs->late_register(connector);
            if (ret)
                goto err_debugfs;
        }
    
        drm_mode_object_register(connector->dev, &connector->base);
        connector->registered = true;
        goto unlock;
    
    err_debugfs:
        drm_debugfs_connector_remove(connector);
    err_sysfs:
        drm_sysfs_connector_remove(connector);
    }

上面的函数是删减过得， 可以看到注册完connector的函数之后，判断显卡驱动是否实现了`late _register`接口，如果实现了就调用。这里请注意\*\*`late_register`返回非0认为注册失败，会卸载connector的sys接口\*\*，也不要问我为啥要强调这句话。实现背光驱动的第一步，实现`late_register`函数，并填充在`drm_connector_funs`中。以龙芯的背光设备为例：

/**
    
     * These provide the minimum set of functions required to handle a connector
     *
     * Control connectors on a given device.
     * The functions below allow the core DRM code to control connectors,
     * enumerate available modes and so on.
     */
    static const struct drm_connector_funcs loongson_connector_funcs = {
    ...
        .detect = loongson_connector_detect,
        .late_register = loongson_connector_late_register,
        .fill_modes = drm_helper_probe_single_connector_modes,
    ...
    };
    
    int loongson_connector_late_register(struct drm_connector *connector)
    {
    ...
            backlight_pwm_register(ls_connector);
            ret = loongson_connector_pwm_init(ls_connector);
            if (ret == 0) {
                ret = loongson_connector_backlight_register(
                    ls_connector);
    ...

一般`late_register`是实现一些和自己硬件相关的内容，然后再注册背光设备。在龙芯驱动里，先是初始化了相关的寄存器什么的。所以龙芯显卡的背光调节是通过pwm做的。这里每个显卡硬件上设计都不一样，实现也不一样，不具备什么通用性。先看`backlight_pwm_register`函数

void backlight_pwm_register(struct loongson_connector *ls_connector)
    {
        ls_connector->bl.min = LOONGSON_BL_MIN_LEVEL;
        ls_connector->bl.max = LOONGSON_BL_MAX_LEVEL;
        
        ls_connector->bl.get_resource = loongson_connector_pwm_get_resource;
        ls_connector->bl.free_resource = loongson_connector_pwm_free_resource;
        ls_connector->bl.setup = loongson_connector_pwm_setup;
        ls_connector->bl.get_brightness = loongson_connector_pwm_get;
        ls_connector->bl.set_brightness = loongson_connector_pwm_set;
        ls_connector->bl.enable = loongson_connector_bl_enable;
        ls_connector->bl.disable = loongson_connector_bl_disable;
        ls_connector->bl.power = loongson_connector_lvds_power;
    }
    
    struct loongson_backlight {
    
        struct backlight_device *device;
        struct pwm_device *pwm;
        u32 pwm_id;
        u32 pwm_polarity;
        u32 pwm_period;
        bool present;
        bool hw_enabled;
        unsigned int level, max, min;
    
        int (*get_resource)(struct loongson_connector *ls_connector);
        void (*free_resource)(struct loongson_connector *ls_connector);
        int (*setup)(struct loongson_connector *ls_connector);
        unsigned int (*get_brightness)(struct loongson_connector *ls_connector);
        void (*set_brightness)(struct loongson_connector *ls_connector,
                       unsigned int level);
        void (*enable)(struct loongson_connector *ls_connector);
        void (*disable)(struct loongson_connector *ls_connector);
        void (*power)(struct loongson_connector *ls_connector, bool enable);
    
    };

初始化connector中的`loongson_backlight`结构，这个结构都是和硬件的相关的，基本围绕都是就是读写pwm，使能禁用pwm等等。`loongson_connector_pwm_init`函数 中就是调用`bl->get_resources`和`bl->setup`，也都是和硬件相关的。接下来主要是`loongson_connector_backlight_register`函数。

/**
     * loongson_connector_backlight_register
     * @ls_connector loongson drm connector
     * @return 0 is ok .
     * */
    
    int loongson_connector_backlight_register(
        struct loongson_connector *ls_connector)
    {
        struct backlight_properties props;
    
        memset(&props, 0, sizeof(props));
        props.type = BACKLIGHT_RAW;
        props.max_brightness = ls_connector->bl.max;
        props.brightness = ls_connector->bl.level;
    
        ls_connector->bl.device =
            backlight_device_register("loongson-gpu",
                          ls_connector->base.kdev, ls_connector,
                          &ls_backlight_device_ops, &props);
    ...
        return 0;
    }

初始化backlight设备的属性，之后调用`backlight_device_register`函数在刚刚注册好的connector sys接口下注册一个loongson\_gpu接口，同时在`sys/class/backlight`下创建一个连接文件指向刚刚创建的接口。注册函数的参数分别是：背光设备名称、父母设备、connector、背光设备操作函数，背光设备属性。

uos@uos-PC:~$ ls /sys/class/backlight/loongson-gpu
    0 -r--r--r-- 1 root root 8.0K 3月 4 13:54 actual_brightness
    0 -rw-r--r-- 1 root root 8.0K 3月 4 13:54 bl_power
    0 -rw-r--r-- 1 root root 8.0K 3月 4 13:55 brightness
    0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 3月 4 13:54 device -> ../../card0-DVI-I-1
    0 -r--r--r-- 1 root root 8.0K 3月 13 2020 max_brightness
    0 drwxr-xr-x 2 root root 0 3月 4 13:54 power
    0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 1 1970 subsystem -> ../../../../../../../../../class/backlight
    0 -r--r--r-- 1 root root 8.0K 3月 13 2020 type
    0 -rw-r--r-- 1 root root 8.0K 1月 1 1970 uevent

关注和brightness相关的几个接口，actual\_brightness max\_brightness和brightness，前两个所有用户只有读权限，最后一个brightness超级用户拥有写权限。max\_brightness表示显卡支持的最大亮度，接口一旦注册好之后，内容不会变。actual\_brightness表示当前亮度，随着用户设置而改变的。

## 事件处理 ##

这部分就是真正硬件相关了，要从特定寄存器中读出和设置亮度。内核提供了一组backlight操作函数——`struct backlight_ops`

struct backlight_ops {
        unsigned int options;
    
    #define BL_CORE_SUSPENDRESUME (1 << 0)
    
        /* Notify the backlight driver some property has changed */
        int (*update_status)(struct backlight_device *);
        /* Return the current backlight brightness (accounting for power,
           fb_blank etc.) */
        int (*get_brightness)(struct backlight_device *);
        /* Check if given framebuffer device is the one bound to this backlight;
           return 0 if not, !=0 if it is. If NULL, backlight always matches the fb. */
        int (*check_fb)(struct backlight_device *, struct fb_info *);
    };

第一个操作函数update\_status函数是用来设置亮度的，`echo 100 > brightness`就是调用这个函数。当执行`cat /sys/class/backlight/loongson-gpu/actual_brightness`就会调到`get_brightness`里，用来获得目前的亮度值。这两个功能都是显卡 硬件有关，因此这两个操作函数需要在显卡驱动中自己实现。以龙芯显卡为例，`update_status`接口实现：

static int loongson_connector_backlight_update(struct backlight_device *bd)
    {
        bool enable;
        struct loongson_connector *ls_connector = bl_get_data(bd);
        struct loongson_backlight *backlight = &ls_connector->bl;
    
        enable = bd->props.power == FB_BLANK_UNBLANK;
        if (enable) {
            /*Only enable hw once*/
            if (!backlight->hw_enabled)
                ls_connector->bl.enable(ls_connector);
        } else
            ls_connector->bl.disable(ls_connector);
    
        backlight->level = bd->props.brightness;
        ls_connector->bl.set_brightness(ls_connector, backlight->level);
        return 0;
    }

从代码里看出，在调用之前实现的`loongson backlight`的`set brightness`之前先使能pwm，pwm使能和写亮度，一般来讲都是写寄存器或者写什么io，查手册就能看到。获取亮度函数也和这个类似。

static int loongson_connector_get_brightness(struct backlight_device *bd)
    {
        struct loongson_connector *ls_connector = bl_get_data(bd);
    
        if (ls_connector->bl.get_brightness)
            return ls_connector->bl.get_brightness(ls_connector);
    
        return -ENOEXEC;
    }
    
    unsigned int loongson_connector_pwm_get(struct loongson_connector *ls_connector)
    {
        u16 duty_ns, period_ns;
        u32 level;
    
        if (IS_ERR(ls_connector->bl.pwm))
            return 0;
    
        period_ns = ls_connector->bl.pwm_period;
        duty_ns = pwm_get_duty_cycle(ls_connector->bl.pwm);
    
        level = DIV_ROUND_UP((duty_ns * ls_connector->bl.max), period_ns);
        level = clamp(level, ls_connector->bl.min, ls_connector->bl.max);
        return level;
    }

这里真正的实现不用太关注，在实现的时候，只要清楚手里的这块显卡亮度是怎么读出来和设置就够啦。

## 总结 ##

实现一个显卡背光模块非常简单，主要分为两部分：

*  实现背光获取和更新函数
 *  初始化背光设备，定义属性，并在sys中注册接口，  
    drm已经做好了绝大部分的通用模块，只需要查号手册确定寄存器什么的就成功啦。

## 常见问题 ##

*  为什么注册背光设备之后，sys下connector设备都不见了？
    
    在`drm_connector_register`函数中，调用`late_register`之后判断，如果返回了非0值，就会走error处理。error处理就会unregister connector之前注册好的接口。