基于 Linux Kernel GPIO 的简易逻辑分析仪¶

作者:: Wolfram Sang

简介¶

本文档简要介绍如何在隔离的 CPU 上运行基于 GPIO 的内核简易逻辑分析仪。

简易逻辑分析仪将利用系统上输入模式下的几个 GPIO 线来快速采样这些数字线，如果满足奈奎斯特准则，将生成一个时间序列日志，其中包含这些线上出现的近似波形。使用它的一种方法是分析连接到这些 GPIO 线的外部流量（即数字探头），充当常见的逻辑分析仪。

另一个功能是窥探片上外设，如果这些外设的 I/O 单元可以在 GPIO 输入模式下使用，同时它们被用作外设的输入或输出。这意味着您可以无需任何接线即可窥探 I2C 流量（如果您的硬件支持）。在引脚控制子系统中，此类引脚控制器称为“非严格”：某个引脚可以同时与某个外设一起使用，并且可以用作 GPIO 输入线。

请注意，这是一种最后的分析手段，可能会受到延迟、非确定性代码路径和不可屏蔽中断的影响。它被称为“简易”是有原因的。但是，例如，对于远程开发，它可能有助于获得第一印象并帮助进一步调试。

设置¶

您的内核必须启用 CONFIG_DEBUG_FS 和 CONFIG_CPUSETS。理想情况下，您的运行时环境不使用 cpusets，否则隔离 CPU 核心是最容易的。如果您确实需要 cpusets，请检查用于简易逻辑分析仪的辅助脚本是否会干扰您的其他设置。

告诉内核哪些 GPIO 用作探针。对于基于设备树的系统，您需要使用以下绑定。由于这些绑定仅用于调试，因此没有官方模式

i2c-analyzer {
        compatible = "gpio-sloppy-logic-analyzer";
        probe-gpios = <&gpio6 21 GPIO_OPEN_DRAIN>, <&gpio6 4 GPIO_OPEN_DRAIN>;
        probe-names = "SCL", "SDA";
};

请注意，您必须为指定的每个 GPIO 提供一个名称。当前最多支持 8 个探针。可能可以实现 32 个，但尚未实现。

用法¶

可以通过 debugfs 中的文件配置逻辑分析仪。但是，强烈建议不要直接使用它们，而是使用脚本 tools/gpio/gpio-sloppy-logic-analyzer。除了更广泛地检查参数之外，它还会隔离 CPU 核心，以便您在测量时受到最少的干扰。

该脚本有一个帮助选项，解释了参数。对于以上 DT 代码片段，其在 Renesas Salvator-XS 板上分析 400kHz 的 I2C 总线，使用了以下设置：隔离的 CPU 应该是 CPU1，因为它是 big.LITTLE 设置中的大核心。由于 CPU1 是默认值，因此我们不需要参数。总线速度为 400kHz。因此，采样定理表明我们需要至少以 800kHz 的频率进行采样。但是，I2C 起始条件中两个信号的下降沿发生得更快，因此我们需要更高的采样频率，例如 -s 1500000，即 1.5MHz。此外，我们不想立即采样，而是等待空闲总线上的起始条件。因此，我们需要将触发器设置为 SDA 上的下降沿，而 SCL 保持高电平，即 -t 1H+2F。最后是持续时间，让我们假设这里是 15ms，这将导致参数 -d 15000。所以，总而言之

gpio-sloppy-logic-analyzer -s 1500000 -t 1H+2F -d 15000

请注意，该过程会将您返回到提示符，但子进程仍在后台进行采样。除非采样完成，否则您不会在当前或指定的目录中找到结果文件。对于上面的示例，我们需要触发 I2C 通信

i2cdetect -y -r <your bus number>

结果是一个 .sr 文件，可与来自免费 sigrok 项目的 PulseView 或 sigrok-cli 一起使用。它是一个 zip 文件，其中还包含二进制样本数据，可供其他软件使用。文件名是逻辑分析仪实例名称加上自 epoch 以来的时间戳。