随身WIFI折腾日记(一)---霓虹灯

引言

通过对高通410芯片的随身WIFI刷写Debain系统，我们已经拥有了一台带4G功能的迷你ARM64单板电脑。现在我们可以基于此此平台进行一下二次开发。

随身WIFI的优势就是价格低廉，性能和树莓派zero2、树莓派3b差不多。

硬件配置如下：

• msm8916 主控 Cortex-A53 * 4 on 0.9GHZ
• 512MB内存+4GB储存emcp
• WCN3620 & WCN3680b
• pm8916 PMIC
• USB接口

外设的io定义如下：

型号	red led	green led	blue led	按键
ufi001b/c	gpio22	gpio21	gpio20	gpio37

一、霓虹灯

我主要是想通过点亮LED灯学习一下Linux如何控制底层硬件设备。

1.1 点灯

随身WIFI存在三个led灯，openstick作者设置默认blue表示wifi连接状态，red表示系统是否还处于正常运行状态。

• 可以通过 echo <行为> > /sys/class/led/<名字>/trigger 来修改led行为。
  可用的行为如下：

  root@openstick:/sys/class/leds/green:internet# cat trigger 
  [none] usb-gadget usb-host rfkill-any rfkill-none kbd-scrolllock kbd-numlock kbd-capslock kbd-kanalock kbd-shiftlock kbd-altgrlock kbd-ctrllock kbd-altlock kbd-shiftllock kbd-shiftrlock kbd-ctrlllock kbd-ctrlrlock timer heartbeat cpu cpu0 cpu1 cpu2 cpu3 default-on panic mmc0 bluetooth-power hci0-power rfkill0 phy0rx phy0tx phy0assoc phy0radio rfkill1
  

可以看到green:internet设备的trigger属性为[none]，触发事件为无，即关灯。

• 设置green led为常量状态

  root@openstick:/sys/class/leds/green:internet# echo default-on > trigger
  

  

• green led的行为定义为usb device模式的活动状态

  root@openstick:/sys/class/leds/green:internet# echo usb-gadget > trigger
  

写入该字符串后led行为立刻生效，重启失效。配置完成后绿色LED在每次USB接口有数据传输时都会闪烁。

1.2 命令解析

 root@openstick:/sys/class/leds/green:internet# echo usb-gadget > trigger

• /sys: sysfs是一种虚拟的文件系统，可以查看和控制Linux系统中的设备驱动程序和硬件信息。通过sysfs，可以获得系统中已经加载的驱动程序的信息，包括文件系统，输入设备，串口，以太网等等。我们可以通过读写/sys目录下虚拟出来的设备文件控制底层硬件。
• class - sysfs目录中的一个部分，包含所有的类，用于实现驱动程序中的设备模型。
• leds - 设备类的名称，用于控制和访问系统的LED组。
• green:internet - 设备的名称，用于指示您要使用的特定的LED。
• trigger - 设备属性，表示LED触发器。允许你改变LED工作的模式（例如常亮、闪烁等）。常见的一些trigger值包括none（常亮）、timer（闪烁）、heartbeat（心跳等节律），不同的LED设备支持不同的trigger。可以使用cat命令读取该文件来查看LED设备支持哪些trigger。LED有很多其他常用属性，例如
  • brightness - LED亮度，值为0-255之间的整数。
  • max_brightness - LED的最大亮度值。可以使用cat命令读取该文件来获取LED的最大亮度值。
  • delay_on和delay_off - 用于设置闪烁效果的LED特有属性。delay_on表示LED打开状态的时间长度，delay_off表示LED关闭状态的时间长度。
• >-重定向符号，即将前面的命令的输出结果（标准输出流stdout）写入到其后面指定的文件中。即向trigger设备文件中写入usb-gadget字符。

总结来说，通过sysfs虚拟文件系统控制底层设备的方法如下:

#  写数据到设备
$/sys/class/设备组/设备名称# echo 属性值 > 属性名称
#  从设备读数据
$/sys/class/设备组/设备名称# cat  属性名称

1.3 硬件控制方式

除sysfs之外，我们还可以通过以下方式来控制底层硬件：

1. 控制寄存器 - 通过使用适当的驱动程序和底层编程语言（如C语言或汇编语言），直接访问控制硬件设备的寄存器。这需要了解硬件设备的寄存器地址和寄存器的具体功能和使用方法。
2. I/O端口 - 通过使用适当的驱动程序和底层编程语言（如C语言或汇编语言），访问控制硬件设备的I/O端口。这需要了解硬件设备I/O端口的地址和具体的输入输出方法。
3. 设备文件 - 一些设备可以视为文件，并提供类似文件操作的接口来进行控制。比如，通过/dev/ttyS0设备文件访问串口设备。这需要了解设备文件的访问方法以及设备的具体使用方法。

这些方法都需要了解硬件设备的具体实现细节，因此需要较高水平的技能才能进行硬件控制。如果你想更简单地控制硬件，可以考虑使用通用的高级硬件控制框架或库。这些框架和库一般隐藏了底层硬件控制的实现细节，提供了易于使用和跨平台的高级接口，使得你可以用更简单的方式来控制硬件。

一些流行的高级硬件控制框架或库包括：

1. WiringPi（用于树莓派）
2. RPi.GPIO（树莓派Python库）
3. Adafruit-GPIO（通用的Python GPIO库）
4. libusb（通用的USB设备控制库）
5. PyUSB（通用的Python USB库）

使用这些框架或库，你可以用更高级别的代码（通常是Python或其他易于使用的脚本语言）来控制硬件，并且不需要深入了解硬件控制的实现细节，因为这些库已经将它们隐藏在后台中。需要注意的是，使用这些库的好处是简单易用，但是它们可能会带来一些性能和可定制性方面的限制。如果你是高级硬件控制的专家或需要特定的功能，你可能需要更深入地了解底层硬件控制，然后自己实现控制逻辑。

1.4 底层实现：设备树和驱动

为了了解操作系统如何从底层控制LED，我们先需要了解 驱动和设备树（Device Tree）2个概念：

• 驱动程序：实际上是内核的一个模块，用于控制和管理硬件设备。当一个硬件设备插入计算机时，内核会根据其硬件信息来加载相应的驱动程序。驱动程序能够访问硬件设备的寄存器，从而控制设备的操作，例如读写设备状态、发送和接收数据、控制设备的电源等。其它还在操作系统与硬件之间建立了一个桥梁，使得应用程序可以和硬件设备进行交互。通过驱动程序，应用程序可以访问硬件设备。驱动程序建立了一个硬件抽象层，向应用程序提供一些统一用户接口或API，使得用户可以访问某些硬件设备的特性或操作。

• 设备树：在kernel 3.0以及之后的版本，都是采用设备树的方法实现驱动与设备之间的联系。当内核启动时，会在设备树文件中查找与当前系统中硬件设备匹配的节点，之后内核会加载相应的驱动程序来控制设备。这个过程可以通过设备树绑定（Device Tree Binding）来实现。驱动程序需要知道它所控制硬件设备的详细信息，包括设备的寄存器、中断路由、时序等信息。这些信息可以在设备树文件中定义。因此，在编写驱动程序时，需要编写相应的设备树绑定，并根据绑定的规范来编写相应的驱动程序。

  设备树文件通常是系统供应商提供的二进制文件或源代码文件，而在开发中，也会根据具体需求编写或修改。通过设备树文件，内核可以识别硬件并加载相应的设备驱动程序。

简单来说，设备树文件描述了一个系统中的硬件设备及其属性，而驱动程序则实现了针对这些硬件设备的控制和操作。他们的作用总结如下。

• 驱动程序：提供了一系列的操作系统调用和接口，使得应用程序可以与硬件设备进行交互，方便应用程序开发。

• 设备树：设备树以文本描述的方式表达硬件结构，与平台无关，方便硬件的移植和维护。可以为不同的硬件平台提供一致的接口，简化驱动程序的开发。

因为随身WIFI的根文件系统中没有Linux源码，所以要想看到设备树和驱动程序的源码，估计需要解包boot.img镜像。太复杂了，没有再深入探究。

1.5 霓虹灯

做点有趣的事，随身WIFI有红 绿 蓝 三个LED灯，尽管不能控制灯的亮度，但应该依旧可以组合出黄色（红+绿），洋红色（红+蓝），青色（绿+蓝），混合（绿+蓝+红）4种颜色。我们来写一个shell脚本，让LED在这些颜色中交替变化吧

for i in $(seq 1 20)
do
  echo none > /sys/class/leds/green:internet/trigger
  echo none > /sys/class/leds/blue:wifi/trigger
  echo none > /sys/class/leds/red:os/trigger

  echo 1 > /sys/class/leds/green:internet/brightness
  sleep 0.25
  echo 0 > /sys/class/leds/green:internet/brightness

  echo 1 > /sys/class/leds/blue:wifi/brightness
  sleep 0.25
  echo 0 > /sys/class/leds/blue:wifi/brightness

  echo 1 > /sys/class/leds/red:os/brightness
  sleep 0.25
  
  echo 1 > /sys/class/leds/green:internet/brightness
  sleep 0.25
  echo 0 > /sys/class/leds/red:os/brightness
  

  echo 1 > /sys/class/leds/blue:wifi/brightness
  sleep 0.25
  echo 0 > /sys/class/leds/green:internet/brightness

  echo 1 > /sys/class/leds/red:os/brightness
  sleep 0.25
  
  echo 1 > /sys/class/leds/green:internet/brightness
  sleep 0.25
  echo 0 > /sys/class/leds/green:internet/brightness
  echo 0 > /sys/class/leds/red:os/brightness
  echo 0 > /sys/class/leds/blue:wifi/brightness  
done

echo none > /sys/class/leds/green:internet/trigger
echo none > /sys/class/leds/blue:wifi/trigger
echo none > /sys/class/leds/red:os/trigger

echo 0 > /sys/class/leds/green:internet/brightness
echo 0 > /sys/class/leds/blue:wifi/brightness
echo 0 > /sys/class/leds/red:os/brightness

这个shell脚本中，我们使用 for 循环运行 20 次，每次间隔 0.25 秒钟，最终脚本会运行 35秒钟。最后，我们再次关闭所有灯的闪烁模式，并用 echo 0 控制所有灯都熄灭。这样可以保证脚本最终状态不会有任何灯闪烁。灯光闪烁的顺序是：绿–蓝–红–黄–青–洋红–混合。