Ядро Linux 4.4

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-ЭЛ24Д1 r1.5 с установленным навигационным радиомодулем RF2Chan v2;

  • Салют-ЭЛ24Д2 r1.1;

  • Салют-ЭЛ24ОМ1 r1.1 с установленным Салют-ЭЛ24ПМ1 r1.1, r1.2;

  • Салют-ЭЛ24ОМ1 r1.2 с установленным Салют-ЭЛ24ПМ1 r1.2, Салют-ЭЛ24ПМ2 r1.0, r1.1, r1.2.

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 mcom02.dtsi. Для управления тактовыми сигналами и частотами используются следующие драйверы, описанные в drivers/clk/elvees/clk-mcom.c:

  • mcom-clk-gate;

  • mcom-clk-divider;

  • mcom-clk-mux;

  • 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 mcom02.dtsi.

Драйвер контроллера SPI dw_spi_mmio

Драйвер dw_spi_mmio управляет контроллерами SPI0 и SPI1 СнК 1892ВМ14Я.

Драйвер поддерживает следующие возможности:

  1. Работа в режиме ведущего устройства.

  2. Использование GPIO в качестве сигналов CS.

  3. Настройка работы контроллера: фазы (CPHA) и полярности (CPOL) сигнала SCK, полярности сигнала CS (при использовании GPIO в качестве CS).

  4. Поддержка слов длиной 8 и 16 бит.

  5. Управление скоростью передачи в зависимости от ведомого устройства.

Ограничения драйвера:

  1. Не поддерживается передача данных с помощью DMA.

  2. Не поддерживается передача слов данных младшим битом вперед.

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.

На рисунке Рис. 1 представлена диаграмма зависимостей компонентов драйвера Direct Rendering Manager (DRM).

../../_images/drm-driver.png

Рис. 1 Диаграмма зависимостей компонентов драйвера DRM

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.

Экспериментальные возможности драйвера, функционал не проверялся на аппаратуре:

  1. Поддержка DSI-дисплеев:

    1. Не поддерживается MIPI Display Command Set (MIPI DCS) и Extended Display Identification Data (EDID) DSI-дисплеев, т.к. MIPI DCS не поддерживается в аппаратуре;

    2. Фиксированные параметры дисплея (разрешение, FPS) считываются из DTS. Дополнительно в командной строке ядра должно быть указано разрешение и тип DSI-дисплея;

    3. В коде драйвера фиксировано количество DSI-линий — 4.

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

При использовании в качестве устройства вывода DSI-дисплея драйвер устанавливает видеорежим заданный с помощью параметров ядра (kernel parameters). При этом параметры дисплея считываются из DTS. Например, следующая строка задает разрешение экрана в 1280×720 пикселей:

video=DSI: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. Если 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. Если 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 mcom02.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 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 Мб/с);

  2. Установка дуплекса (full/half);

  3. Установка уровня сообщений драйвера;

  4. Установка MAC-адреса;

  5. Чтение регистров контроллера Ethernet Arasan GEMAC утилитой ethtool;

  6. Перезапуск автосогласования;

  7. Проверка физического подключения;

  8. Установка MTU кадра в диапазоне 68 – 3500 байт;

  9. Отключение фильтрации пакетов (Promiscuous mode);

  10. Включение приема всех multicast-пакетов (IFF_ALLMULTI);

  11. Поддерживается фильтрация unicast-пакетов по MAC-адресу и multicast-пакетов по hash-таблице.

Примечание

Включение promiscuous mode повышает нагрузку на CPU.

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 (приёмопередатчик 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 ПК 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 mcom02.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.

Модуль dmatestcontig для тестирования SDMA

Модуль dmatestcontig не входит в состав исходных кодов Linux. Описание относится к модулю dmatestcontig из коммита 4896f90a4cd335d91f5b9f2c1457f24baa7f98ce в репозитории модуля. Модуль dmatestcontig основан на модуле dmatest из коммита 9da2b1641a098eb9b00aacbfd7715efb6a503f7b в репозитории ядра Linux.

Модуль dmatestcontig позволяет провести тестирование SDMA с передачей данных, измерением производительности и проверкой правильности переданных данных. Управление SDMA осуществляется через DMA Engine API. Поддерживаемые типы передач: DMA_MEMCPY, DMA_XOR, DMA_PQ. Модуль поддерживает ряд параметров, которые позволяют задать размер буферов, количество повторений передач, максимальное число используемых каналов SDMA, количество потоков ядра, использующих канал SDMA, и др. Особенностью модуля dmatestcontig является то, что он позволяет выбрать типы передач, указывать специфические регионы памяти и включать частоты, которые, например, могут быть необходимы для обеспечения доступа к устройству памяти.

Модуль поддерживает все параметры, которые имеет модуль dmatest, а также добавляет параметры:

  • tests — типы выполняемых передач данных (по умолчанию выбраны все поддерживаемые типы передач);

  • memregs — базовые адреса зарезервированных регионов памяти в DTS, в которые каналы SDMA должны адресовать запросы чтения/записи (по умолчанию регион выбирается автоматически);

  • src — регионы памяти из memregs, в которые каналы SDMA будут адресовать запросы чтения (по умолчанию первый регион, указанный в memregs);

  • dst — регионы памяти из memregs, в которые каналы SDMA будут адресовать запросы записи (по умолчанию первый регион, указанный в memregs);

  • clocks — наименования узлов устройств в DTS, описывающих частоты, которых нужно включить, например, для обеспечения доступа SDMA к устройству памяти.

Параметр tests содержит битовую маску типов передач. Значение 1 бита включает тип передачи и наоборот. Соответствие типов передач и номеров бит в параметре:

  • бит 0 — DMA_MEMCPY;

  • бит 1 — DMA_XOR;

  • бит 2 — DMA_PQ.

Резервирование регионов памяти в DTS выполняется согласно Reserved memory regions. Пример резервирования регионов памяти для модулей Салют-ЭЛ24ПМ:

reserved-memory {
  #address-cells = <1>;
  #size-cells = <1>;
  ranges;

  dmatestc_ddr0_reserved: dmatestc_ddr0@0x7f800000 {
    no-map;
    reg = <0x7f800000 0x800000>;
  };
  dmatestc_ddr1_reserved: dmatestc_ddr1@0xdf800000 {
    no-map;
    reg = <0xdf800000 0x800000>;
  };
  dmatestc_xyram_reserved: dmatestc_xyram@0x3a400000 {
    no-map;
    reg = <0x3a400000 0x40000>;
  };
};

Элементы массивов src и dst ссылаются на регионы памяти по индексу региона в массиве memregs. Номер канала SDMA, с которым ассоциируется регион, определяется индексом элемента в src/dst.

Пример загрузки модуля с параметрами tests, src и dst:

modprobe dmatestcontig wait=1 run=1 noverify=1 tests=0x01 \
  max_channels=5 memregs=0x7f800000,0xdf800000,0x3a400000 \
  src=2,2,0,1,1 dst=0,0,2,2,1
modprobe -r dmatestcontig

В примере выше пять каналов SDMA адресуют запросы чтения/записи в регионы памяти следующим образом:

  • Канал 0: чтение из региона с базовым адресом 0x3a400000, запись в регион с адресом 0x7f800000.

  • Канал 1: чтение из региона с базовым адресом 0x3a400000, запись в регион с адресом 0x7f800000.

  • Канал 2: чтение из региона с базовым адресом 0x7f800000, запись в регион с адресом 0x3a400000.

  • Канал 3: чтение из региона с базовым адресом 0xdf800000, запись в регион с адресом 0x3a400000.

  • Канал 4: чтение из региона с базовым адресом 0xdf800000, запись в регион с адресом 0xdf800000.

Пример загрузки модуля с параметром clocks:

modprobe dmatestcontig run=1 noverify=1 memregs=0x7f800000,0x3a400000 \
  src=0 dst=1 clocks="dsp_aclk"
modprobe -r dmatestcontig

В примере выше включается частота, описанная в узле устройства «dsp_aclk» в DTS, необходимая для обеспечения доступа к XYRAM.