Ядро Linux для 1892ВМ14Я. Руководство программиста

О документе

Документ содержит описание основных подсистем и драйверов ядра Linux, реализованных для поддержки аппаратуры СнК 1892ВМ14Я и модулей на базе СнК.

Ядро Linux поддерживает модули следующих ревизий:

  • Салют-ЭЛ24Д1 r1.3;
  • Салют-ЭЛ24Д1 r1.4;
  • Салют-ЭЛ24Д1 r1.5;
  • Салют-ЭЛ24Д2 r1.1;
  • Салют-ЭЛ24ОМ1 r1.1 с установленным Салют-ЭЛ24ПМ1 r1.1 или Салют-ЭЛ24ПМ1 r1.2;
  • Салют-ЭЛ24ОМ1 r1.2 с установленным Салют-ЭЛ24ПМ1 r1.2, Салют-ЭЛ24ПМ2 r1.0 или Салют-ЭЛ24ПМ2 r1.1.

Файлы DTS *.dtsi, *.dts расположены в дереве исходных кодов U-Boot arch/arm/dts/*.dts*. Пути до прочих файлов приведены относительно корня дерева исходных кодов Linux.

Подсистема управления тактовыми сигналами

Управление тактовыми сигналами и частотами в ядре Linux реализовано с использованием Common Clock Framework. Тактовые сигналы микросхемы описаны в виде дерева в файле mcom.dtsi. Для управления тактовыми сигналами и частотами используются 4 драйвера, описанные в drivers/clk/elvees/clk-mcom.c:

  • mcom-clk-gate;
  • mcom-clk-divider;
  • mcom-clk-pll;
  • mcom-cmctr.

Для корректного управления тактовыми сигналами каждый драйвер устройства, входящий в состав ядра Linux, должен реализовывать:

  1. При инициализации драйвера:
    1. Захват необходимого для устройства тактового сигнала, используя функцию clk_get().
    2. Включение тактового сигнала, используя функцию clk_enable().
  2. При удалении драйвера:
    1. Выключение тактового сигнала, используя функцию clk_disable().

При инициализации подсистемы управления тактовыми сигналами происходит начальная настройка всех PLL и делителей частот микросхемы. Устанавливаемые при инициализации значения множителей PLL и делителей частот описаны в файле mcom.dtsi.

Драйвер контроллера PWM pwm-mcom

Драйвер pwm-mcom управляет контроллером PWM 1892ВМ14Я. Драйвер реализует стандартный интерфейс PWM

Файл с исходным кодом драйвера — drivers/pwm/pwm-mcom.c. Описание DTS bindings представлено в файле Documentation/devicetree/bindings/pwm/elvees,mcom-pwm.txt.

Ограничения драйвера:

  1. Не реализовано управление каналами OUTB.
  2. Не поддерживается режим счёта PWM-контроллера (PWM API не поддерживает данный режим).
  3. Не реализовано управление предделителем.

Драйвер контроллера дисплея vpout-drm

Данный раздел применим к драйверу контроллера дисплея VPOUT СнК 1892ВМ14Я для подсистемы DRM — vpout-drm.

Документация, описывающая текущую версию подсистемы DRM, доступна по ссылке Linux GPU Driver Developer’s Guide.

Исходный код драйвера содержится в директории drivers/gpu/drm/vpout.

Драйвер обеспечивает следующие возможности:

  1. Разрешение экрана до 1920x1080 пикселей;
  2. Поддержка внешнего HDMI передатчика NXP TDA998x;
  3. Поддержка внешних панелей с заданием параметров дисплея через DTS;
  4. Чтение Extended Display Identification Data (EDID);
  5. Эмуляция фреймбуфера через устройство /dev/fb0.

Ограничения драйвера:

  1. Не поддерживаются чересстрочные видеорежимы (не поддерживаются контроллером дисплея VPOUT);
  2. Не поддерживаются HDMI передатчики отличные от NXP TDA998x;
  3. Не реализована поддержка абстракции плоскостей (plane abstraction);
  4. Не поддерживается атомарная установка видеорежима.

При использовании в качестве устройства вывода HDMI монитора драйвер устанавливает оптимальный для подключенного монитора видеорежим, определяемый по EDID. С помощью параметров ядра (kernel parameters) возможно установить фиксированный видеорежим. Например, следующая строка задает разрешение экрана в 1280×720 пикселей:

video=HDMI-A-1:1280x720

Подробное описание параметров ядра, задающих видеорежим, содержится в документе Documentation/fb/modedb.txt.

Драйвер фреймбуфера vpoutfb

Для вывода на экран графического окружения на СнК используется подсистема FBDev и драйвер vpoutfb. Директория с исходным кодом драйвера — drivers/video/fbdev/vpoutfb. Драйвер управляет контроллером VPOUT и HDMI-адаптером ITE IT66121.

Алгоритм работы драйвера:

  1. Eсли в DTS в узле output присутствует свойство compatible=”ite,it66121”, то выполнить настройку контроллера ITE IT66121, подключенного по I2C.
  2. Считать из DTS видеорежим и настроить VPOUT для вывода в заданном видеорежиме.
  3. Eсли в DTS отсутствует видеорежим или тайминги некорректны, или свойство output отсутствует, то настроить VPOUT для вывода в режиме 720p 60 FPS.

Вызов ioctl FBIOPUT_VSCREENINFO с заданием неподдерживаемого режима завершается с -EINVAL. (Следовательно, вызов fbset завершится c ненулевым кодом возврата).

Поддерживаются следующие ioctl:

  • FBIOGET_VSCREENINFO;
  • FBIOPUT_VSCREENINFO;
  • FBIOGET_FSCREENINFO;
  • FBIOGETCMAP;
  • FBIOPUTCMAP;
  • FBIOBLANK;
  • VPOUTFB_GET_MEMORY_ID.

При появлении прерывания OUT_FIFO_INT блока VPOUT драйвер останавливает и переинициализирует VPOUT. При этом в dmesg печатается сообщение “Caught OUT_FIFO_INT, reinitializing VPOUT”.

В драйвере не реализовано:

  1. Чтение EDID HDMI-монитора и ограничение возможных разрешений согласно данным из EDID.
  2. Остановка/запуск VPOUT при отключении/подключении HDMI-монитора.

Примечание

Т.к. автоматическое определение подключения HDMI-монитора отсутствует, драйвер может быть выключен по умолчанию. Загрузка драйвера выполняется командой modprobe vpoutfb.

Примечание

Для управления видеорежимами может использоваться утилита fbset и файл fb.modes.

Драйвер считывает видеорежим из DTS в соответствии с описанием в Documentation/devicetree/bindings/video/display-timing.txt. В DTS-файле mcom.dtsi описан формат цветовых компонентов изображения, устанавливаемые при инициализации драйвера. Подробное описание полей узла устройства VPOUT представлено в файле Documentation/devicetree/bindings/fb/vpoutfb.txt.

Примечание

Модуль vpoutfb используется консолью – перед выгрузкой модуля необходимо отключить консоль от драйвера:

echo 0 > /sys/class/vtconsole/vtcon1/bind
modprobe -r vpoutfb

Драйвер VPU avico

Драйвер avico управляет VPU VELcore-01 и реализует аппаратное сжатие видео по стандарту H.264. Драйвер реализован с использованием подсистемы V4L2 и предоставляет стандартный программный интерфейс для сжатия и управления.

Возможности драйвера:

  1. Поддерживаются входные кадры в формате M420.

  2. Максимальная ширина кадра — 1920 пикселей.

  3. Максимальная высота кадра — 4096 пикселей.

  4. Поддержка ширины и высоты кадра, кратных 2.

  5. Возможность установки FPS видеопотока.

  6. Возможность установки параметра QP с помощью контролов:

    • V4L2_CID_MPEG_VIDEO_H264_I_FRAME_QP;
    • V4L2_CID_MPEG_VIDEO_H264_P_FRAME_QP;
    • V4L2_CID_MPEG_VIDEO_H264_CHROMA_QP_INDEX_OFFSET.

  7. Возможность установки IDR-кадра с помощью контрола V4L2_CID_MPEG_VIDEO_FORCE_KEY_FRAME.

  8. Возможность установки размера GOP с помощью контрола V4L2_CID_MPEG_VIDEO_GOP_SIZE. Новый размер GOP применяется со следующего IDR-кадра после завершения текущего GOP. Чтобы применить новый размер GOP на следующем кадре, нужно запросить IDR-кадр с помощью контрола V4L2_CID_MPEG_VIDEO_FORCE_KEY_FRAME.

  9. Поддержка более одного потока кодирования видео. Максимальное число поддерживаемых потоков кодирования зависит от ширины и высоты кадра, количества запрошенных V4L2-буферов и объема памяти, которая может быть выделена с помощью Contiguous Memory Allocator (CMA). Теоретическое максимальное число поддерживаемых потоков кодирования можно вычислить с помощью формулы:

    n = M / (W * (128 + (2 * B_c + 3/2 * (B_o + 1)) * H))

    где M — размер памяти, которая может быть выделена с помощью CMA, W — ширина кадра, H — высота кадра, B_o — количество V4L2-буферов output-интерфейса, B_c — количество V4L2-буферов capture-интерфейса. Дополнительно количество потоков n ограничивается фрагментацией CMA. Производительность кодирования каждого видео понижается с увеличением числа потоков, т.к. используется один аппаратный поток кодирования. Пример реального максимального числа потоков и достигаемой при этом производительности кодирования при QP 23, четырех V4L2-буферов output-интерфейса, четырех V4L2-буферов capture-интерфейса, размере CMA-памяти 128 МБ и частоте VPU 312 МГц:

    • 1920x1072 — 4 потока, ~15 FPS;
    • 1280x720 — 6 потоков, ~22 FPS;
    • 640x480 — 19 потоков, ~18 FPS.

    Пример ограничения числа потоков кодирования для обеспечения производительности кодирования ~30 FPS при QP 23, четырех V4L2-буферов output-интерфейса, четырех V4L2-буферов capture-интерфейса, размере CMA-памяти 128 МБ и частоте VPU 312 МГц:

    • 1920x1072 — 2 потока, ~30 FPS;
    • 1280x720 — 4 потока, ~30 FPS;
    • 640x480 — 12 потоков, ~30 FPS.

Ограничения драйвера:

  1. Поддерживается только сжатие видео.
  2. Поддерживается только один аппаратный поток кодирования.
  3. Требуется нестандартный формат пикселей на входе (M420).
  4. Шаг между яркостными и/или цветовыми строками должен быть кратен 16 байтам.
  5. Требуется 180 КиБ памяти XYRAM.
  6. Использование с драйвером delcore30m невозможно, т.к. драйвер avico использует SDMA через API DMA-engine, драйвер delcore30m — непосредственное управление SDMA.
  7. Нет возможности сжатия с постоянным битрейтом.
  8. Нет возможности менять FPS в процессе кодирования.

Для обхода проблемы rf#1382 драйвер использует промежуточные буферы в XYRAM для восстановленных и сжатых данных. Всего используется 4 буфера по 45 КиБ (строка макроблоков для кадра шириной 1920 пикселей в формате M420) — 2 буфера для восстановленных данных и 2 для сжатых. В результате реализации обхода проблемы, максимальная ширина кадров ограничилась 1920 пикселями.

После каждой строки макроблоков VPU останавливается и драйвер выполняет следующие действия:

  1. Настраивает VPU на другой промежуточный буфер.
  2. Запускает SDMA для копирования данных из промежуточного буфера в DDR.
  3. Запускает VPU на обработку следующей строки макроблоков.

Для обхода проблемы rf#2003 в обработчике прерывания используется задержка, состоящая из следующих действий:

  1. Ожидание завершения чтения очередных данных исходного и референсного кадров.
  2. Ожидание завершения 80-кратного чтения регистра EVENTS.
  3. Ожидание снятия всех флагов регистра EVENTS, указывающих на текущую работу VDMA.

Драйвер контроллера Ethernet arasan-gemac

Драйвер arasan-gemac управляет контроллером Ethernet Arasan GEMAC. Драйвер реализует стандартный интерфейс network devices, описанный в Documentation/networking/netdevices.txt. Обработка RX-прерываний реализована с использованием интерфейса NAPI.

Директория с исходным кодом драйвера — drivers/net/ethernet/arasan.

Драйвер поддерживает выполнение следующих операций из пространства пользователя:

  1. Установка скорости (10/100/1000 МБит/с);
  2. Установка дуплекса (full/half);
  3. Установка уровня сообщений драйвера;
  4. Установка MAC-адреса;
  5. Перезапуск автосогласования;
  6. Проверка физического подключения;
  7. Установка MTU кадра в диапазоне 68 – 3500 байт.

Драйвер не поддерживает:

  1. Управление паузой;
  2. Чтение и запись EEPROM;
  3. Wake-on-Lan;
  4. Управление объединением прерываний.

Подсистема управления энергопотреблением

Подсистема управления энергопотреблением Linux определяет модели управления энергопотреблением (подробнее см. Device Power Management Basics):

  • System Sleep;
  • Runtime Power Management.

Модель System Sleep

В модели System Sleep определены состояния сна (подробнее см. System Power Management Sleep States):

  • Suspend-To-Idle (s2idle, freeze);
  • Standby, Power-On Suspend (shallow, standby);
  • Suspend-to-RAM (deep);
  • Suspend-to-disk (disk).

Поддерживаемые состояния сна:

  • Suspend-To-Idle;
  • Power-On Suspend.

Для энергосбережения в состоянии Power-On Suspend используются свойства драйверов:

  • поддержка приостановки (suspend) контроллера СнК в драйвере;
  • поддержка приостановки (suspend) контроллера внешнего интерфейса (приёмо-передатчик CAN, Ethernet PHY, и т.д.) в драйвере;
  • поддержка CPU Hotplug (подробнее см. главу CPU Hotplug).

Поддержка приостановки реализована в драйверах контроллеров СнК:

  • avico (невозможен переход в Power-On Suspend во время сжатия);
  • delcore-30m;
  • designware-i2c;
  • designware-i2s;
  • dw-apb-gpio;
  • dw-apb-uart;
  • dw-wdt;
  • dwc2;
  • sdhci-mcom02.

Поддержка приостановки реализована в драйверах контроллеров внешних интерфейсов модулей на базе СнК:

  • bcm4329-fmac;
  • mcp2515;
  • ft313h.

Поддержка приостановки не реализована в драйверах контроллеров СнК:

  • arasan-gemac;
  • dw-apb-ssi;
  • dw-apb-timer;
  • mcom-pwm;
  • mfbsp-i2s;
  • nfc-v2p99;
  • pl330;
  • vinc;
  • vpout-drm;
  • vpoutfb.

Поддержка пробуждения (wakeup) реализована в драйверах:

Пример пробуждения по событию от UART

  1. Установить UART0 в качестве источника пробуждения:

    echo enabled > /sys/devices/platform/38028000.serial/tty/ttyS0/power/wakeup

  2. Перевести ОС в состояние сна:

    echo freeze > /sys/power/state # enter Suspend-To-Idle state

    или:

    echo standby > /sys/power/state # enter Power-On Suspend state

  3. В терминале на ПЭВМ отправить любой символ в приёмник контроллера UART0.

Пример пробуждения по событию от RTC

  1. Перевести ОС в состояние сна до указанного времени пробуждения:

    rtcwake -s 3 -m freeze # enter Suspend-To-Idle state

    или:

    rtcwake -s 3 -m standby # enter Power-On Suspend state

Модель Runtime Power Management

Для поддержки динамического управления энергопотреблением реализованы:

  • механизм CPU hotplug;
  • драйвер управления частотой ядер CPU cpufreq-dt.

Механизм CPU hotplug

Механизм CPU hotplug позволяет включать и выключать процессорные ядра, не перезагружая систему, что может использоваться:

  • для отключения CPU1;
  • для перехода системы в состояния сна.

Для выключения и включения процессорных ядер используются функции cpu_down() и cpu_up(), описанные в файле kernel/cpu.c.

Использование через sysfs:

  1. Для отключения питания ядра CPU1 необходимо выполнить:

    echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpu1/online

  2. Для включения питания ядра CPU1 необходимо выполнить:

    echo 1 > /sys/devices/system/cpu/cpu1/online

Драйвер управления частотой ядер CPU cpufreq-dt

Штатный драйвер cpufreq-dt, позволяет управлять тактовой частотой ядер CPU0 и CPU1 через подсистему CPUfreq.

Директория с исходным кодом драйвера — drivers/cpufreq. Список частот ядер CPU описан в DTS-файле mcom.dtsi. Описание DTS bindings представлено в файле Documentation/devicetree/bindings/cpufreq/cpufreq-dt.txt.

Возможности драйвера:

  1. Регуляторы масштабирования тактовой частоты ядер CPU (CPUfreq governors):
    • ondemand (по-умолчанию) — устанавливает тактовую частоту в зависимости от нагрузки на ядрах CPU;
    • conservative — похож на ondemand, но более экономный (предпочтение отдаётся меньшим тактовым частотам);
    • performance — устанавливает тактовую частоту в максимальное значение;
    • userspace — позволяет устанавливать частоту из пространства пользователя.
  2. Управление регуляторами и частотами через sysfs.

Ограничения драйвера:

  1. Не поддерживается управление напряжением питания ядер CPU, т.к отсутствует поддержка в СнК.
  2. Не поддерживается независимое управление частотой ядер CPU, т.к отсутствует поддержка в СнК.

Для установки тактовой частоты ядер из пространства пользователя необходимо:

  1. Выбрать регулятор userspace:

    echo userspace > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

  2. Выбрать частоту из поддерживаемых. Список частот доступен в файле /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_frequencies.

  3. Установить частоту. Значение частоты передаётся в кГц, например:

    echo 312000 > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_setspeed

Подсистема UART в режиме RS-485

Для управления полудуплексными приёмопередатчиками RS-485 используются ioctl TIOCMBIS/TIOCMBIC:

int rts_flag = TIOCM_RTS;
ioctl(fd, TIOCMBIS, &rts_flag); // set send mode
ioctl(fd, TIOCMBIC, &rts_flag); // set receive mode

Примечание: модули Салют-ЭЛ24ОМ1 имеют полудуплексный приёмопередатчик RS-485.