Linux 内核学习(2) --- regulator 框架

🕗 发布于 2024-04-19 17:56 linux 学习运维

Regulator 介绍

Regulator 指的是稳定器(调压器)，有电压稳定器及电流稳定器两种，能够自动维持恒定电流或者电压，
其中，电压稳定器 voltage regulator 在电路中比较常见。
从设备驱动的角度来看，regulator 的控制比较简单，主要有 enable/disable/ 输出电压或电流大小的控制。
Linux利用 regulator framework 对 regulator 进行管理和控制。

regulator_framework
由调节器供电的设备被称为消费者(regualtor consumer)。它们消耗调节器提供的电力。大多数调节器可以启用和禁用他们的输出，一些也可以控制他们的输出电压或电流。

Linux regulator 也遵循 provider，framwork，consumer 体系，regulator provider 向系统注册称为 regulator device，并提供它们硬件参数和对应的操作接口函数集合，regulator framework 负责管理系统中的 regulator 设置并提供统一的 consumer 接口，regulator consumer 使用统一的 regulator_get() 等函数获取 compatible 对应的 regulator，并用 regulator_enable() regulator_disbale() 和可选的 regulator_set_voltage 操作 regulator

Linux regulator framework 的主要目的：提供标准的内核接口，控制系统的 voltage/current regulators ，并提供相应的开关、电压/电流设置的机制。

在系统运行的过程中，根据具体的需要动态改变 regulators 的输出，从而达到省电的目的。在系统中如果配错 Regulator 是比较危险的，可能会造成硬件器件的损坏。因此，需要在 regulator framework 中对电流或者电压的大小做强制限定，并且不能被 Regulator 的 consumer 或者 provider 更改。

硬件上提供这些物理调节电压和电流的芯片称为电源管理集成芯片(PMIC)
PMIC
Linux Regualtor framework 被设计用于开关和控制电压和电流调节器，主要主要分为下面的流程：

Regulator provider 的 register
Regulator consumer 的获取和操作
device tree 的配置和解析的接口
user interface sysfs interface

Regulator provider 注册

Regulator 向内核注册的核心函数如下，注册的参数中包含 struct regulator_desc 和 struct regulator_config 两个主要的结构
相对应的，也存在 regulator_unregister 函数，当模块卸载的时候使用该函数

// include/linux/regulator/driver.h
// drivers/regulator/core.c
struct regulator_dev * regulator_register(const struct regulator_desc *regulator_desc,
   const struct regulator_config *cfg)
void regulator_unregister(struct regulator_dev *rdev)

现在主要分析注册到 regulator_register 要用到的两个主要结构

struct regulator_desc

struct regulator_desc 的定义如下所示：

struct regulator_desc {
// regulator name
const char *name;
const char *supply_name;

// 保存了用于识别 devicetree 中的 regulator name 
const char *of_match;
const char *regulators_node;
int (*of_parse_cb)(struct device_node *,
    const struct regulator_desc *,
    struct regulator_config *);

int id;
unsigned int continuous_voltage_range:1;

// 表示该调节器可用的选择器数量。它表示调节器能输出的值的数量。输出电压固定时，n_voltage 应设为 1。
unsigned n_voltages;

// regulator 的操作函数
const struct regulator_ops *ops;
// regulator interrupt name
int irq;
// 指示调节器是电压调节器还是电流调节器。它可以是 REGULATOR_VOLTAGE 或 REGULATOR_CURRENT
enum regulator_type type;
struct module *owner;

    // 表示该稳压器能提供的最小电压值。它是由最低的选择器给出的电压。
unsigned int min_uV;
// 表示每个选择器增加的电压。
unsigned int uV_step;
unsigned int linear_min_sel;
int fixed_uV;
unsigned int ramp_delay;
int min_dropout_uV;
    .....
}

主要参数的含义如下：

name	含义
name	regulator name
id	regulator 的数字标志符
owner	代表提供调节器的模块。将该字段设置为 THIS_MODULE
type	指示调节器是电压调节器还是电流调节器，它可以是 REGULATOR_VOLTAGE 或 REGULATOR_CURRENT
n_voltage	表示该调节器可用的选择器数量。它表示调节器能输出的值的数量。输出电压固定时，n_voltage 应设为 1
min_uV	表示该稳压器能提供的最小电压值。它是由最低的选择器给出的电压
uV_step	表示每个选择器增加的电压
ops	ops表示调节器操作表。它是一个指向调节器可以支持的一组操作回调的结构
min_uV	regualtor 的中断号

struct regualtor_config

struct regulator_config {
   struct device *dev;
   const struct regulator_init_data *init_data;
   void *driver_data;
   struct device_node *of_node;
   struct regmap *regmap;

   bool ena_gpio_initialized;
   int ena_gpio;
   unsigned int ena_gpio_invert:1;
   unsigned int ena_gpio_flags;
};

struct regulator_init_data {
   const char *supply_regulator;        /* or NULL for system supply */

   // regulator 的限制或者硬件特性，
   struct regulation_constraints constraints;

   int num_consumer_supplies;
   struct regulator_consumer_supply *consumer_supplies;

   /* optional regulator machine specific init */
   int (*regulator_init)(void *driver_data);
   void *driver_data;/* core does not touch this */
};

regulator_configs 相关参数的含义如下：

Name	说明
dev	表示调节器所属的 struct device 结构
init_data	是结构中最重要的字段，因为它包含一个包含 `regulation_constraints` 的元素
driver_data	表示持有的 regulator 的私有数据，可以通过 consumer 传递

regulator_configs 包含了 const struct regulator_init_data *init_data 这个关键的结构,其余是 reg 和 gpio 的定义
regulator_init_data中各个结构的含义如下：

struct regulation_constraints {
const char *name;
int min_uV;
int max_uV;

int uV_offset;
int min_uA;
int max_uA;
int ilim_uA;

int system_load;
unsigned int valid_modes_mask;
unsigned int valid_ops_mask;
int input_uV;
/* regulator suspend states for global PMIC STANDBY/HIBERNATE */
struct regulator_state state_disk;
struct regulator_state state_mem;
struct regulator_state state_standby;
suspend_state_t initial_state; /* suspend state to set at init */

// 启动时设置的模式
unsigned int initial_mode;
    .....

regulation_constraints 中各个参数的含义如下：

Name	说明
`min_uV, min_uA, max_uA 和 max_uV`	是用户可以设置的最小电压/电流值
`uV_offset`	是应用于电压从消费者补偿电压下降的偏移量
`valid_modes_mask 和 valid_ops_mask`	分别是模式和操作的掩码，可以由消费者配置/执行
`always_on`	应该被设置, 如果调节器不能被禁用
`boot_on`	应该被设置如果在系统初始启动时启用了调节器。如果调节器没有被硬件或引导加载程序启用，那么它将在应用约束时启用
`name`	是用于显示目的的约束的描述性名称
`apply_uV`	在初始化时应用电压约束
`input_uV`	表示该调节器由另一个调节器提供时的输入电压
`state_disk, state_mem 和 state_standby`	定义了当系统在磁盘模式、mem模式或备用模式下挂起时调节器的状态
`initial_state`	表示默认设置挂起状态
`initial_mode`	是在启动时设置的模式

struct regulation_constraints 结构是 init data 的一部分。
这可以用以下事实来解释: 在调节器初始化时，它的约束直接应用于它，远远早于任何消费者可以使用它

DTS 配置和解析

struct regulation_constraints 和 init_data 中的成员，都可以从 device-tree 中读取并且配置好
下面给出一个参考配置的 DTS 节点：

// 以 pmic is16271a 作为参考
isl6271a@3c {
　　compatible = "isl6271a";
　　reg = <0x3c>;
　　interrupts = <0 86 0x4>;

　　/* supposing our regulator is powered by another regulator */
　　in-v1-supply = <&some_reg>;
　　[...]

　　regulators {
　　　　reg1: core_buck {
　　　　　　regulator-name = "Core Buck";
　　　　　　regulator-min-microvolt = <850000>;
　　　　　　regulator-max-microvolt = <1600000>;
　　　　};

　　　　reg2: ldo1 {
　　　　　　regulator-name = "LDO1";
　　　　　　regulator-min-microvolt = <1100000>;
　　　　　　regulator-max-microvolt = <1100000>;
　　　　　　regulator-always-on;
　　　　};

　　　　reg3: ldo2 {
　　　　　　regulator-name = "LDO2";
　　　　　　regulator-min-microvolt = <1300000>;
　　　　　　regulator-max-microvolt = <1300000>;
　　　　　　regulator-always-on;
　　　　};
　　};
};

DTS 中的每个 PMIC 节点都应该有一个名为 regulators 的子节点，在这个子节点中，我们必须声明PMIC提供的每个调节器为专用子节点。
PMIC的每个调节器都被定义为 regulators 节点的子节点，而 regulators 节点又是 DTS 中 PMIC 节点的子节点。

在 DTS PMIC 中的 regulators 的子节点中可以定义一些标准化的属性

regulator-name: 这是一个字符串，用作调节器输出的描述性名称。
regulator-min-microvolt: 这是用户可以设定的最小电压。
regulator-max-microvolt: 这是用户可设定的最大电压。
regulator-microvolt-offset: 这是施加在电压上以补偿电压下降的偏移量。
regulator-min-microamp: 这是用户可以设定的最小电流。
regulator-max-microamp: 这是用户可以设定的最大电流。
regulator-always-on: 这是一个布尔值，表示不应该禁用调节器。
regulator-boot-on: 这是一个bootloader/firmware 阶段使能的调节器。
<name>-supply: 这是一个指向父供应/调节节点的phandle。
regulator-ramp-delay: 这是调节器的斜坡延迟(用uV/uS表示)

为了提取从 dts 内部传递的 init 数据，我们需要引入一个新的数据类型，struct of_regulator_match，,它的结构如下：

struct of_regulator_match {
const char *name;
void *driver_data;
struct regulator_init_data *init_data;
struct device_node *of_node;
const struct regulator_desc *desc;
};

同时内核中还有一个同名的函数 of_regulator_match()， 将 regulators 子节点作为参数，
该函数将遍历每个调节器设备节点，并为每个设备构建一个 struct regulator_init_data 结构体, 这里匹配方法实际就是通过名称来匹配的：

int of_regulator_match(struct device *dev, struct device_node *node,
       struct of_regulator_match *matches,
       unsigned int num_matches)

比如在下面的 ab3100.c 中，就使用了 of_regualtor_match 来匹配当前的 regulators 节点,
通过 of_regualtor_match 函数直接填充了 of_regulator_match 的 struct regulator_init_data 指针 init_data

再以 struct regulator_init_data 指针 init_data 向平台注册:

// ab3100.c 中的regulator 注册方法
static struct of_regulator_match ab3100_regulator_matches[] = {
{ .name = "ab3100_ldo_a", .driver_data = (void *) AB3100_LDO_A, },
{ .name = "ab3100_ldo_c", .driver_data = (void *) AB3100_LDO_C, },
.....
};

if (np) {
    // 传入当前的节点 np, 和 of_regulator_match 结构
    // 如果两者相匹配，就会初始化 init_data
err = of_regulator_match(&pdev->dev, np,
 ab3100_regulator_matches,
 ARRAY_SIZE(ab3100_regulator_matches));
if (err < 0) {
dev_err(&pdev->dev,"Error parsing regulator init data: %d\n", err);
return err;
}
return ab3100_regulator_of_probe(pdev, np);
}

static int ab3100_regulator_of_probe(struct platform_device *pdev, struct device_node *np)
{
int err, i;
    
.....

for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(ab3100_regulator_matches); i++) {
        // 将init_data 作为参数 相 regualtor framework 进行注册
        // 注意使用了 ab3100_regulator_matches[i].init_data 作为参数
        // 将 driver_data 作为私有参数
err = ab3100_regulator_register(
pdev, NULL, ab3100_regulator_matches[i].init_data,
ab3100_regulator_matches[i].of_node,
(unsigned long)ab3100_regulator_matches[i].driver_data);
if (err) {
ab3100_regulators_remove(pdev);
return err;
}
}

return 0;
}

On BoardConfig 配置

这种方式 legacy 的方法，从驱动程序或板级文件中定义约束数组，并将其用作平台数据的一部分：

// 定义 regulator_init_data 结构
static const struct regulator_init_data arizona_ldo1_dvfs = {
.constraints = {
.min_uV = 1200000,
.max_uV = 1800000,
.valid_ops_mask = REGULATOR_CHANGE_STATUS |
  REGULATOR_CHANGE_VOLTAGE,
},
.num_consumer_supplies = 1,
};


switch (arizona->type) {
case WM5102:
case WM8997:
case WM8998:
case WM1814:
desc = &arizona_ldo1_hc;
ldo1->init_data = arizona_ldo1_dvfs;

    ....
    }

config.init_data = &ldo1->init_data;

    // 以 config.init_data 作为参数，注册 regulator
ldo1->regulator = devm_regulator_register(&pdev->dev, desc, &config);

regulator_ops

regulator_desc 结构中包含一个 const struct regulator_ops *ops; 表示 regulator 的硬件操作接口：

    struct regulator_ops {
/* enumerate supported voltages */
int (*list_voltage) (struct regulator_dev *, unsigned selector);
/* get/set regulator voltage */
int (*set_voltage) (struct regulator_dev *, int min_uV, int max_uV,
    unsigned *selector);
int (*map_voltage)(struct regulator_dev *, int min_uV, int max_uV);
int (*set_voltage_sel) (struct regulator_dev *, unsigned selector);
int (*get_voltage) (struct regulator_dev *);
int (*get_voltage_sel) (struct regulator_dev *);
    ......

   // 回调名称很好地解释了它们的作用, 对于这些回调函数，您必须在调节器的约束valid_ops_mask或valid_modes_mask中启用适当的掩码，然后消费者才能使用它们。  
   // 可用的操作掩码标志在 include/linux/regulator/machine.h 中定义。

总结

regulator_provider 注册的一般步骤如下：

为PMIC提供的所有调节器定义一个 struct regulator_desc 对象数组，定义一个有效的 struct regulator_ops，以链接到适当的 regulator_desc，所有的 regulator_ops 都可以是相同的，假设它们都支持相同的操作。
从平台数据（dts node 或者 boarconfig）中获取适当的 struct regulator_init_data 结构体(其中必须已经包含有效的 struct regulator_constraints 结构体，或者从DTS Node 中构建一个 struct regulator_constraints 结构体，以便构建一个新的 struct regulator_init_data 对象
使用前面的 struct regulator_init_data 来设置 struct regulator_config 结构体。如果驱动程序支持 DTS，你可以让 regulator_config.of_node 指向用于提取调节器属性的节点
regulator_register() 或者 devm_regulator_register())将调节器注册到regulator framework ，并给出之前的 struct regulator_desc 和 struct regulator_config 作为参数。

Regulator Consumer 使用

Regulator consumer 的接口定义在 include/linux/regulator/consumer.h
常用的接口如下：

/* regulator get and put */
struct regulator *__must_check regulator_get(struct device *dev,const char *id);
struct regulator *__must_check devm_regulator_get(struct device *dev, const char *id);

int __must_check regulator_enable(struct regulator *regulator);
int regulator_disable(struct regulator *regulator);                       

int regulator_set_voltage(struct regulator *regulator, int min_uV, int max_uV);
int regulator_get_voltage(struct regulator *regulator);

使用比较简单，一般的使用方法如下：

// 定义一个 strutc regulator 结构
// 使用 regulator_get 获取
int ret;
struct regulator *reg;
const char *supply = "vdd1";
int min_uV, max_uV;

reg = regulator_get(dev, supply);

其中的关键结构就是 struct regulator，定义如下：

struct regulator {
struct device *dev;
struct list_head list;
unsigned int always_on:1;
unsigned int bypass:1;
int uA_load;
int min_uV;
int max_uV;
char *supply_name;
struct device_attribute dev_attr;
struct regulator_dev *rdev;
struct dentry *debugfs;
};

struct regulator 获取

获取 struct regulator 的函数主要为：

struct regulator *__must_check regulator_get(struct device *dev, const char *id);
struct regulator *__must_check devm_regulator_get(struct device *dev,  const char *id);

传入的驱动设备的 dev 类型和 Regulator name 的字符串指针，Regulatr framework 通过 DTS 注册进来的 regulator 设备根据名称进行查找，
关联到正确的操作函数，返回 struct regulator 结构

释放 regulator 的操作函数是：

void regulator_put(struct regulator *regulator);

在调用这个函数之前，驱动程序应该确保对这个调节器源的所有 regulator_enable() 调用都被 regulator_disable() 调用平衡

regulator 操作

Regulator 的操作函数如下：

int __must_check regulator_enable(struct regulator *regulator);
int regulator_disable(struct regulator *regulator)

通过 regulator_enable 和 regulator_disable 函数来开启或者禁用电源

对于共享调节器，regulator_disable() 实际上只在启用的引用计数为零时禁用调节器。
也就是说，你可以在紧急情况下强制禁用。例如，通过调用 regulator_force_disable()

每个函数实际上都是对注册时的regulator_ops 操作的包装。
例如，regulator_set_voltage() 在内部调用 regulator_ops.set_voltage 在检查了相应的掩码后允许设置此操作。

要检查 regulator 是否启动，可以使用下面的函数：

int regulator_is_enabled(regulator);

于需要根据操作模式调整电源的用户，内核提供了如下功能:

int regulator_set_voltage(regulator, min_uV, max_uV);

min_uV 和 max_uV 是以微伏为单位的最小和最大可接受电压。

如果在稳压器被禁用时调用该功能，则该功能将改变电压配置，以便在稳压器下次启用时物理设置电压
也就是说，消费者可以通过调用 regulator_get_voltage() 获得调节器配置的电压输出，无论调节器是否启用，它都会返回配置的输出电压:

我们在电压部分所讨论的问题在这里也适用。例如，USB驱动程序可能希望在供电时将限制设置为500 mA。

int regulator_set_current_limit(regulator, min_uA, max_uA);

min_uA 和 max_uA 是以微安为单位的最小和最大可接受电流限制。

同样，消费者可以通过调用 regulator_get_current_limit() 得到调节器配置的电流限制，无论调节器是否启用，调节器都会返回电流限制的值:

int regulator_get_current_limit(regulator);

使用Multi Regulator

消费者节点可以使用以下绑定引用一个或多个供应/调节器:
使用 name-supply ： phandle to regualtor name 的方式进行引用

gpu:gpu@304000000 {
    mali-supply = <&S3A_LEVEL>
    vdd-supply = <&gpu_gdsc>

}

因为属性的名称中包含了 regulator 的name，已经足够有意义了，必须匹配 regulator_get() 函数的 id参数，以便驱动程序可以在请求调节器时轻松地引用它

这里的 regulator dts 注册方法有可能是这样的：

twl_reg1: regulator@0 {
　　[...]
};

twl_reg2: regulator@1 {
　　[...]
};

mmc: mmc@0x0 {
　　[...]
　　vmmc-supply = <&twl_reg1>;
　　vmmcaux-supply = <&twl_reg2>;
};

参考博客

Linux regulator 框架理解和使用
代码位置：

driver/regulator/core.c
// dummy regulator 的参考实现
driver/regulator/dummy.c 
include/linux/regulator/consumer.h

原文地址：https://blog.csdn.net/chenwang1824/article/details/137636959

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