1.Linux电源管理-休眠与唤醒
1.休眠方式
在内核中,休眠方式有很多种,可以通过下面命令查看
# cat /sys/power/state
//来得到内核支持哪几种休眠方式.
常用的休眠方式有freeze,standby, mem, disk
- freeze: 冻结I/O设备,将它们置于低功耗状态,使处理器进入空闲状态,唤醒最快,耗电比其它standby, mem, disk方式高
- standby:除了冻结I/O设备外,还会暂停系统,唤醒较快,耗电比其它 mem, disk方式高
- mem: 将运行状态数据存到内存,并关闭外设,进入等待模式,唤醒较慢,耗电比disk方式高
- disk: 将运行状态数据存到硬盘,然后关机,唤醒最慢
示例:
# echo standby > /sys/power/state
// 命令系统进入standby休眠.
2.唤醒方式
当我们休眠时,如果想唤醒,则需要添加中断唤醒源,使得在休眠时,这些中断是设为开启的,当有中断来,则会退出唤醒,常见的中断源有按键,USB等.
3.以按键驱动为例(基于内核3.10.14)
在内核中,有个input按键子系统"gpio-keys"(位于driver/input/keyboard/gpio.keys.c),该平台驱动platform_driver已经在内核中写好了(后面会简单分析)
我们只需要在内核启动时,注册"gpio-keys"平台设备platform_device,即可实现一个按键驱动.
3.1首先使板卡支持input按键子系统(基于mips君正X1000的板卡)
查看Makefile,找到driver/input/keyboard/gpio.keys.c需要CONFIG_KEYBOARD_GPIO宏
方式1-修改对应板卡的defconfig文件,添加宏:
CONFIG_INPUT=y //支持input子系统(加载driver/input文件) CONFIG_INPUT_KEYBOARD=y //支持input->keyboards(加载driver/input/keyboard文件) CONFIG_KEYBOARD_GPIO=y //支持input->keyboards->gpio按键(加载gpio.keys.c)
方式2-进入make menuconfig
-> Device Drivers
-> Input device support
-> [*]Keyboards
[*] GPIO Buttons
3.2修改好后,接下来写my_button.c文件,来注册platform_device
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/gpio_keys.h>
#include <linux/input.h>
struct gpio_keys_button __attribute__((weak)) board_buttons[] = {
{
.gpio = GPIO_PB(31), //按键引脚
.code = KEY_POWER, //用来定义按键产生事件时,要上传什么按键值
.desc = "power key", //描述信息,不填的话会默认设置为"gpio-keys"
.wakeup =1, //设置为唤醒源
. debounce_interval =10, //设置按键防抖动时间,也可以不设置
.type = EV_KEY,
.active_low = 1, //低电平有效
},
};
static struct gpio_keys_platform_data board_button_data = {
.buttons = board_buttons,
.nbuttons = ARRAY_SIZE(board_buttons),
};
struct platform_device my_button_device = {
.name = "gpio-keys",
.id = -1,
.num_resources = 0,
.dev = {
.platform_data = &board_button_data,
}
};
static int __init button_base_init(void)
{
platform_device_register(&my_button_device);
return 0;
}
arch_initcall(button_base_init);
上面的arch_initcall()表示:
会将button_base_init函数放在内核链接脚本.initcall3.init段中,然后在内核启动时,会去读链接脚本,然后找到button_base_init()函数,并执行它.
通常,在内核中,platform 设备的初始化（注册）用arch_initcall()调用
而驱动的注册则用module_init()调用,因为module_init()在arch_initcall()之后才调用
因为在init.h中定义:
#define pure_initcall(fn) __define_initcall(fn, 0) #define core_initcall(fn) __define_initcall(fn, 1) #define core_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 1s) #define postcore_initcall(fn) __define_initcall(fn, 2) #define postcore_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 2s) #define arch_initcall(fn) __define_initcall(fn, 3) // arch_initcall()优先级为3,比module_init()先执行 #define arch_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 3s) #define subsys_initcall(fn) __define_initcall(fn, 4) #define subsys_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 4s) #define fs_initcall(fn) __define_initcall(fn, 5) #define fs_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 5s) #define rootfs_initcall(fn) __define_initcall(fn, rootfs) #define device_initcall(fn) __define_initcall(fn, 6) //module_init()优先级为6 #define device_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 6s) #define late_initcall(fn) __define_initcall(fn, 7) #define late_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 7s)
... ...
#define __initcall(fn) device_initcall(fn) #define module_init(x) __initcall(fn) //module_init 等于 device_initcall
3.3然后将my_button.c文件添加到Makefile中
编译内核后,便实现一个简单的按键唤醒休眠了.
接下来开始分析platform_driver(位于driver/input/keyboard/gpio.keys.c),看看是如何注册按键和实现唤醒的.
4.分析driver/input/keyboard/gpio.keys.c
4.1该文件里有常用的函数有
static int gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev);
设置按键和input_dev,注册input-key子系统
static int gpio_keys_setup_key(struct platform_device *pdev,struct input_dev *input, struct gpio_button_data *bdata,const struct gpio_keys_button *button);
设置GPIO,设置input结构体支持的按键值,设置中断,设置防抖动机制
static irqreturn_t gpio_keys_irq_isr(int irq, void *dev_id);
按键中断函数,如果是中断源,则通过pm_stay_awake()通知pm子系统唤醒,如果有防抖动,则延时并退出,否则通过schedule_work()来调用gpio_keys_gpio_work_func()一次
static void gpio_keys_gpio_timer(unsigned long _data);
定时器超时处理函数,用来实现防抖动,里面会通过schedule_work()来调用一次gpio_keys_gpio_work_func();
static void gpio_keys_gpio_work_func(struct work_struct *work);
处理gpio事件函数,用来上报input事件,并判断按键中断源,如果是的话,则调用pm_relax(),通知pm子系统唤醒工作结束
void pm_wakeup_event(struct device *dev, unsigned int msec);
通知pm(power manager), 唤醒休眠
static int gpio_keys_suspend(struct device *dev);
休眠函数,休眠之前会被调用
static int gpio_keys_resume(struct device *dev);
唤醒函数,唤醒之前被调用
static SIMPLE_DEV_PM_OPS(gpio_keys_pm_ops, gpio_keys_suspend, gpio_keys_resume);
SIMPLE_DEV_PM_OPS宏位于pm.h,它将会定义一个dev_pm_ops结构体,用来被pm子系统调用,实现休眠唤醒
4.2 首先来看probe函数
如下图所示,probe函数为gpio_keys_probe()
gpio_keys_probe()函数定义如下所示:
static int gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device *dev = &pdev->dev; //获取平台设备的.dev
const struct gpio_keys_platform_data *pdata = dev_get_platdata(dev); //获取my_button.c文件的board_button_data成员
struct gpio_keys_drvdata *ddata; //按键驱动数据
const struct gpio_keys_platform_data *pdata = dev_get_platdata(dev); //获取平台总线设备数据
if (!pdata) {
pdata = gpio_keys_get_devtree_pdata(dev);
if (IS_ERR(pdata))
return PTR_ERR(pdata);}
ddata = kzalloc(sizeof(struct gpio_keys_drvdata) +
pdata->nbuttons * sizeof(struct gpio_button_data),
GFP_KERNEL); //给平台设备数据分配空间
input = input_allocate_device(); //分配input 按键子系统
if (!ddata || !input) {
dev_err(dev, "failed to allocate state\n");
error = -ENOMEM;
goto fail1;
}
ddata->pdata = pdata;
ddata->input = input;
mutex_init(&ddata->disable_lock);
platform_set_drvdata(pdev, ddata);
//将ddata保存到平台总线设备的私有数据。以后只需调用platform_get_drvdata()就能获取驱动数据
//设置pdev->dev->p结构体成员下的数据
//令pdev->dev->p->device = &pdev->dev
//pdev-> dev->p->driver_data = ddata
input_set_drvdata(input, ddata);
//将ddata保存到要注册的按键子系统驱动的私有数据中。以后只需调用input_get_drvdata()就能获取驱动数据
//设置input ->dev->p结构体成员下的数据
//令input ->dev->p->device = &pdev->dev
// input ->p->driver_data = ddata
input->name = pdata->name ? : pdev->name; //等于"gpio-keys"
input->phys = "gpio-keys/input0"; //input 按键子系统处于/sys目录下的哪个路径
input->dev.parent = &pdev->dev;
input->open = gpio_keys_open; //input打开操作,用来正常唤醒调用
input->close = gpio_keys_close; //input关闭操作,用来正常休眠调用
input->id.bustype = BUS_HOST; //设置总线
input->id.vendor = 0x0001;
input->id.product = 0x0001;
input->id.version = 0x0100;
/* Enable auto repeat feature of Linux input subsystem */
if (pdata->rep)
__set_bit(EV_REP, input->evbit);
for (i = 0; i < pdata->nbuttons; i++) {
const struct gpio_keys_button *button = &pdata->buttons[i]; //获取每个按键
struct gpio_button_data *bdata = &ddata->data[i];
error = gpio_keys_setup_key(pdev, input, bdata, button);// gpio_keys_setup_key()里会执行:
//赋值按键,使 bdata->button = button
//通过gpio_request_one()来申请button->gpio管脚为输入模式
//判断 button->debounce_interval成员,是否设置防抖动时间
//获取按键对应的中断号,并赋值给bdata->irq
//通过__set_bit()来让input 按键子系统支持button->code
//通过setup_timer()设置bdata->timer结构体对应的超时函数
//通过request_any_context_irq()函数注册按键中断:
// ----> 中断号为bdata->irq,中断名叫: button.desc("power key")
// ----> 中断标志位为(IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING)
// ----> 中断服务函数为gpio_keys_gpio_isr(),设置中断函数参数dev_id为bdata
if (error)
goto fail2;
if (button->wakeup) //判断该按键是否是唤醒源
wakeup = 1;
}
error = sysfs_create_group(&pdev->dev.kobj, &gpio_keys_attr_group); //在/sys/devices/platform/gpio-keys下创建sys设备节点
if (error) {
dev_err(dev, "Unable to export keys/switches, error: %d\n",
error);
goto fail2;
}
error = input_register_device(input); //注册input按键子系统
if (error) {
dev_err(dev, "Unable to register input device, error: %d\n",
error);
goto fail3;
}
device_init_wakeup(&pdev->dev, wakeup); //如果按键有设置唤醒源,则设置标志位
}
4.3其中device_init_wakeup()函数定义如下:
static inline int device_init_wakeup(struct device *dev, bool val)
{
device_set_wakeup_capable(dev, val); //设置dev->power.can_wakeup = val;
device_set_wakeup_enable(dev, val); //设置dev->power.should_wakeup = val;
return 0;
}
然后休眠唤醒的时候,就会根据dev->power.can_wakeup和dev->power.should_wakeup来做不同的操作
4.4 其中gpio_keys_suspend()休眠函数定义如下所示:
static int gpio_keys_suspend(struct device *dev)
{
struct gpio_keys_drvdata *ddata = dev_get_drvdata(dev);
struct input_dev *input = ddata->input;
int i;
if (device_may_wakeup(dev)) //判断dev->power.can_wakeup和dev->power.should_wakeup,是否有中断源按键
{
for (i = 0; i < ddata->pdata->nbuttons; i++) //如果有,则遍历每个按键
{
struct gpio_button_data *bdata = &ddata->data[i];
if (bdata->button->wakeup)
enable_irq_wake(bdata->irq); //将要睡眠的中断号屏蔽掉,实现休眠时保持中断唤醒
}
}
else
{
mutex_lock(&input->mutex);
if (input->users)
gpio_keys_close(input); //调用dev->platform_data-> disable成员函数
mutex_unlock(&input->mutex);
}
return 0;
}
从上面函数可以看到,进入休眠之前,我们需要调用enable_irq_wake()来设置唤醒源
4.5 然后在中断函数中,判断是否需要上报唤醒事件,中断函数如下所示:
static irqreturn_t gpio_keys_gpio_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_button_data *bdata = dev_id;
BUG_ON(irq != bdata->irq);
if (bdata->button->wakeup)
pm_stay_awake(bdata->input->dev.parent); //如果是唤醒源,则通知pm子系统,处理唤醒事件,并等待结束
if (bdata->timer_debounce)
mod_timer(&bdata->timer,jiffies + msecs_to_jiffies(bdata->timer_debounce));//如果设置防抖动,则启动定时器并退出
else
schedule_work(&bdata->work); //否则调用bdata->work对应的函数gpio_keys_gpio_work_func()
return IRQ_HANDLED;
}
其中gpio_keys_gpio_work_func()函数如下所示:
static void gpio_keys_gpio_work_func(struct work_struct *work)
{
struct gpio_button_data *bdata= container_of(work, struct gpio_button_data, work);
gpio_keys_gpio_report_event(bdata); //上传input按键事件
if (bdata->button->wakeup)
pm_relax(bdata->input->dev.parent); //如果是唤醒源,则通知pm子系统,唤醒中断处理结束。
}
从上面两个函数可以看到,唤醒休眠时,需要使用两个函数实现:
pm_stay_awake(); //在中断入口调用,告知启动唤醒 pm_relax(); //在中断出口调用,告知结束唤醒
在中断前调用pm_stay_awake(),中断结束时再调用一次pm_relax()函数.
4.6 如果想延时唤醒,也可以使用另一种唤醒休眠,则只需要一个函数实现:
pm_wakeup_event(struct device *dev, unsigned int msec);
//通知pm子系统在msec后处理唤醒事件, msec=0,则表示立即唤醒
4.7 接下来来看gpio_keys_setup_key(),如何设置按键的(只加了重要的部分)
static int gpio_keys_setup_key(struct platform_device *pdev,
struct input_dev *input,
struct gpio_button_data *bdata,
const struct gpio_keys_button *button)
{
const char *desc = button->desc ? button->desc : "gpio_keys"; //获取平台设备设置的名字
//… …
error = gpio_request_one(button->gpio, GPIOF_IN, desc);//申请button->gpio引脚,并将引脚设为输入引脚,名字设置为desc
if (button->debounce_interval)
{
bdata->timer_debounce =button->debounce_interval; //设置防抖动时间
}
irq = gpio_to_irq(button->gpio); //获取管脚对应的中断号
if (irq < 0)
{
//… …
goto fail;
}
bdata->irq = irq;
INIT_WORK(&bdata->work, gpio_keys_gpio_work_func);
//初始化bdata->work,使bdata->work与gpio_keys_gpio_work_func()函数关联起来
//后面当调用schedule_work(&bdata->work)时,便会执行gpio_keys_gpio_work_func()函数
setup_timer(&bdata->timer, gpio_keys_gpio_timer, (unsigned long)bdata);
//设置gpio_keys_gpio_timer()定时器超时函数,用来实现防抖动,函数参数为bdata
irqflags = IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING;
//中断标志位
isr = gpio_keys_gpio_isr;
input_set_capability(input, button->type ?: EV_KEY, button->code); //使input 支持EV_KEY键盘事件,并使键盘事件支持button->code按键值
error = request_any_context_irq(bdata->irq, isr, irqflags, desc, bdata);
//通过request_any_context_irq()函数注册按键中断:
//中断号为bdata->irq,中断名叫: button.desc("power key")
//中断标志位为(IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING)
//中断服务函数为gpio_keys_gpio_isr(),设置中断函数参数dev_id为bdata
return 0;
}
通过gpio.keys.c,得出唤醒流程:
休眠时:
enable_irq_wake (bdata->irq); //将要睡眠的中断号屏蔽掉,实现休眠时保持中断唤醒
唤醒后:
disable_irq_wake(bdata->irq); //关闭唤醒
中断时,有两种唤醒PM模式
模式1-使用两个函数实现:
- 进入中断时调用一次pm_stay_awake().
- 退出时也调用一次pm_relax(bdata->input->dev.parent);
模式2-只需一个函数实现:
- 进入中断时调用pm_wakeup_event(struct device *dev, unsigned int msec).
5.接下来,我们自己写个按键字符驱动,实现休眠唤醒
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pm.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/sysctl.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/gpio_keys.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_platform.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <soc/gpio.h>
#define MYKEY_GPIO GPIO_PB(31)
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(mykey_waitqueue);
struct mykey_button {
unsigned int gpio;
const char *desc;
int wakeup; /*唤醒源*/
int debounce_interval; /* 防抖动 时间ms*/
int wait_event; /*等待队列事件*/
int key_val; /*按键值*/
int irq;
struct timer_list timer; /*防抖动定时器*/
struct work_struct work;
struct device *dev;
};
static struct mykey_button mykey_data={
.gpio = MYKEY_GPIO,
.desc = "mykey",
.wakeup = 1,
.debounce_interval = 10, //10ms
.wait_event = 0,
};
static void mykey_func(struct work_struct *work)
{
struct mykey_button *data = container_of(work, struct mykey_button, work); //通过work成员变量找到父结构体
if(data->wakeup)
{
pm_wakeup_event(data->dev, 0);
}
data->key_val =gpio_get_value(data->gpio);
data->wait_event =1;
wake_up_interruptible(&mykey_waitqueue); //唤醒队列
}
static void mykey_irq_timer(unsigned long _data)
{
struct mykey_button *data =(struct mykey_button *)_data;
schedule_work(&data->work); //调用mykey_func()函数
}
static irqreturn_t mykey_irq(int irq, void *dev_id)
{
struct mykey_button *data = dev_id;
if(data->debounce_interval)
mod_timer(&data->timer, jiffies+msecs_to_jiffies(10));
else
schedule_work(&data->work);
return IRQ_HANDLED;
}
static ssize_t mykey_read(struct file *file, char __user *user, size_t count, loff_t *ppos)
{
wait_event_interruptible(mykey_waitqueue,mykey_data.wait_event ); //进入等待队列休眠,如果中断来数据,则跳出
copy_to_user(user, &mykey_data.key_val, sizeof(mykey_data.key_val));
mykey_data.wait_event =0;
return 0;
}
static int mykey_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
int err=0;
int irq;
err=gpio_request_one(mykey_data.gpio, GPIOF_DIR_IN, mykey_data.desc); //获取管脚,并设置管脚为输入
if (err < 0) {
printk("mykey_open err : gpio_request_one err=%d\n",err);
return -EINVAL;
}
irq = gpio_to_irq(mykey_data.gpio); //获取IRQ中断号,用来注册中断
if(irq<0)
{
err =irq;
printk("mykey_open err : gpio_to_irq err=%d\n",irq);
goto fail;
}
mykey_data.irq = irq;
INIT_WORK(&mykey_data.work, mykey_func); //初始化工作队列
err=request_irq(irq,mykey_irq,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING | IRQ_TYPE_EDGE_RISING, mykey_data.desc,&mykey_data);
if (err) {
printk("mykey_open err : request_irq err=%d\n",err);
goto fail;
}
if(mykey_data.wakeup)
enable_irq_wake(irq); //将引脚设为唤醒源
if(mykey_data.debounce_interval)
setup_timer(&mykey_data.timer, mykey_irq_timer, (unsigned long)&mykey_data); //设置定时器return 0;
fail:
if (gpio_is_valid(mykey_data.gpio))
gpio_free(mykey_data.gpio);
return err;
}
static int mykey_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(mykey_data.irq,&mykey_data);
cancel_work_sync(&mykey_data.work);
if(mykey_data.wakeup)
disable_irq_wake(mykey_data.irq);
if(mykey_data.debounce_interval)
del_timer_sync(&mykey_data.timer);
gpio_free(mykey_data.gpio);
return 0;
}
struct file_operations mykey_ops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = mykey_open,
.read = mykey_read,
.release=mykey_release,
};
static int major;
static struct class *cls;
static int mykey_init(void)
{
struct device *mydev;
major=register_chrdev(0,"mykey", &mykey_ops);
cls=class_create(THIS_MODULE, "mykey");
mydev = device_create(cls, 0, MKDEV(major,0),&mykey_data,"mykey");
mykey_data.dev = mydev;
return 0;
}
static void mykey_exit(void)
{
device_destroy(cls, MKDEV(major,0));
class_destroy(cls);
unregister_chrdev(major, "mykey");
}
module_init(mykey_init);
module_exit(mykey_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
应用测试代码如下:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc,char **argv)
{
int fd,ret;
unsigned int val=0;
fd=open("/dev/mykey",O_RDWR);
if(fd<0)
{printf("can't open!!!\n");
return -1;}
while(1)
{
ret=read(fd,&val,1); //读取一个值,(当在等待队列时，本进程就会进入休眠状态)
if(ret<0)
{
printf("read err!\n");
continue;
}
printf("key_val=%d\r\n",val);
}
close(fd);
return 0;
}
试验:
./mykey_text & echo mem > /sys/power/state //然后按GPB31对应的按键来唤醒休眠
