Quelle  pwm_bl.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/*
 * Simple PWM based backlight control, board code has to setup
 * 1) pin configuration so PWM waveforms can output
 * 2) platform_data being correctly configured
 */

#include <linux/delay.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/backlight.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/pwm.h>
#include <linux/pwm_backlight.h>
#include <linux/regulator/consumer.h>
#include <linux/slab.h>

struct pwm_bl_data {
 struct pwm_device *pwm;
 struct device  *dev;
 unsigned int  lth_brightness;
 unsigned int  *levels;
 bool   enabled;
 struct regulator *power_supply;
 struct gpio_desc *enable_gpio;
 unsigned int  scale;
 unsigned int  post_pwm_on_delay;
 unsigned int  pwm_off_delay;
 int   (*notify)(struct device *,
       int brightness);
 void   (*notify_after)(struct device *,
     int brightness);
 void   (*exit)(struct device *);
};

static void pwm_backlight_power_on(struct pwm_bl_data *pb)
{
 int err;

 if (pb->enabled)
  return;

 if (pb->power_supply) {
  err = regulator_enable(pb->power_supply);
  if (err < 0)
   dev_err(pb->dev, "failed to enable power supply\n");
 }

 if (pb->post_pwm_on_delay)
  msleep(pb->post_pwm_on_delay);

 gpiod_set_value_cansleep(pb->enable_gpio, 1);

 pb->enabled = true;
}

static void pwm_backlight_power_off(struct pwm_bl_data *pb)
{
 if (!pb->enabled)
  return;

 gpiod_set_value_cansleep(pb->enable_gpio, 0);

 if (pb->pwm_off_delay)
  msleep(pb->pwm_off_delay);

 if (pb->power_supply)
  regulator_disable(pb->power_supply);
 pb->enabled = false;
}

static int compute_duty_cycle(struct pwm_bl_data *pb, int brightness, struct pwm_state *state)
{
 unsigned int lth = pb->lth_brightness;
 u64 duty_cycle;

 if (pb->levels)
  duty_cycle = pb->levels[brightness];
 else
  duty_cycle = brightness;

 duty_cycle *= state->period - lth;
 do_div(duty_cycle, pb->scale);

 return duty_cycle + lth;
}

static int pwm_backlight_update_status(struct backlight_device *bl)
{
 struct pwm_bl_data *pb = bl_get_data(bl);
 int brightness = backlight_get_brightness(bl);
 struct pwm_state state;

 if (pb->notify)
  brightness = pb->notify(pb->dev, brightness);

 if (brightness > 0) {
  pwm_get_state(pb->pwm, &state);
  state.duty_cycle = compute_duty_cycle(pb, brightness, &state);
  state.enabled = true;
  pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);

  pwm_backlight_power_on(pb);
 } else {
  pwm_backlight_power_off(pb);

  pwm_get_state(pb->pwm, &state);
  state.duty_cycle = 0;
  /*
 * We cannot assume a disabled PWM to drive its output to the
 * inactive state. If we have an enable GPIO and/or a regulator
 * we assume that this isn't relevant and we can disable the PWM
 * to save power. If however there is neither an enable GPIO nor
 * a regulator keep the PWM on be sure to get a constant
 * inactive output.
 */
  state.enabled = !pb->power_supply && !pb->enable_gpio;
  pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);
 }

 if (pb->notify_after)
  pb->notify_after(pb->dev, brightness);

 return 0;
}

static const struct backlight_ops pwm_backlight_ops = {
 .update_status = pwm_backlight_update_status,
};

#ifdef CONFIG_OF
#define PWM_LUMINANCE_SHIFT 16
#define PWM_LUMINANCE_SCALE (1 << PWM_LUMINANCE_SHIFT) /* luminance scale */

/*
 * CIE lightness to PWM conversion.
 *
 * The CIE 1931 lightness formula is what actually describes how we perceive
 * light:
 *          Y = (L* / 903.3)           if L* ≤ 8
 *          Y = ((L* + 16) / 116)^3    if L* > 8
 *
 * Where Y is the luminance, the amount of light coming out of the screen, and
 * is a number between 0.0 and 1.0; and L* is the lightness, how bright a human
 * perceives the screen to be, and is a number between 0 and 100.
 *
 * The following function does the fixed point maths needed to implement the
 * above formula.
 */
static u64 cie1931(unsigned int lightness)
{
 u64 retval;

 /*
 * @lightness is given as a number between 0 and 1, expressed
 * as a fixed-point number in scale
 * PWM_LUMINANCE_SCALE. Convert to a percentage, still
 * expressed as a fixed-point number, so the above formulas
 * can be applied.
 */
 lightness *= 100;
 if (lightness <= (8 * PWM_LUMINANCE_SCALE)) {
  retval = DIV_ROUND_CLOSEST(lightness * 10, 9033);
 } else {
  retval = (lightness + (16 * PWM_LUMINANCE_SCALE)) / 116;
  retval *= retval * retval;
  retval += 1ULL << (2*PWM_LUMINANCE_SHIFT - 1);
  retval >>= 2*PWM_LUMINANCE_SHIFT;
 }

 return retval;
}

/*
 * Create a default correction table for PWM values to create linear brightness
 * for LED based backlights using the CIE1931 algorithm.
 */
static
int pwm_backlight_brightness_default(struct device *dev,
         struct platform_pwm_backlight_data *data,
         unsigned int period)
{
 unsigned int i;
 u64 retval;

 /*
 * Once we have 4096 levels there's little point going much higher...
 * neither interactive sliders nor animation benefits from having
 * more values in the table.
 */
 data->max_brightness =
  min((int)DIV_ROUND_UP(period, fls(period)), 4096);

 data->levels = devm_kcalloc(dev, data->max_brightness,
        sizeof(*data->levels), GFP_KERNEL);
 if (!data->levels)
  return -ENOMEM;

 /* Fill the table using the cie1931 algorithm */
 for (i = 0; i < data->max_brightness; i++) {
  retval = cie1931((i * PWM_LUMINANCE_SCALE) /
     data->max_brightness) * period;
  retval = DIV_ROUND_CLOSEST_ULL(retval, PWM_LUMINANCE_SCALE);
  if (retval > UINT_MAX)
   return -EINVAL;
  data->levels[i] = (unsigned int)retval;
 }

 data->dft_brightness = data->max_brightness / 2;
 data->max_brightness--;

 return 0;
}

static int pwm_backlight_parse_dt(struct device *dev,
      struct platform_pwm_backlight_data *data)
{
 struct device_node *node = dev->of_node;
 unsigned int num_levels;
 unsigned int num_steps = 0;
 struct property *prop;
 unsigned int *table;
 int length;
 u32 value;
 int ret;

 if (!node)
  return -ENODEV;

 memset(data, 0, sizeof(*data));

 /*
 * These values are optional and set as 0 by default, the out values
 * are modified only if a valid u32 value can be decoded.
 */
 of_property_read_u32(node, "post-pwm-on-delay-ms",
        &data->post_pwm_on_delay);
 of_property_read_u32(node, "pwm-off-delay-ms", &data->pwm_off_delay);

 /*
 * Determine the number of brightness levels, if this property is not
 * set a default table of brightness levels will be used.
 */
 prop = of_find_property(node, "brightness-levels", &length);
 if (!prop)
  return 0;

 num_levels = length / sizeof(u32);

 /* read brightness levels from DT property */
 if (num_levels > 0) {
  data->levels = devm_kcalloc(dev, num_levels,
         sizeof(*data->levels), GFP_KERNEL);
  if (!data->levels)
   return -ENOMEM;

  ret = of_property_read_u32_array(node, "brightness-levels",
       data->levels,
       num_levels);
  if (ret < 0)
   return ret;

  ret = of_property_read_u32(node, "default-brightness-level",
        &value);
  if (ret < 0)
   return ret;

  data->dft_brightness = value;

  /*
 * This property is optional, if is set enables linear
 * interpolation between each of the values of brightness levels
 * and creates a new pre-computed table.
 */
  of_property_read_u32(node, "num-interpolated-steps",
         &num_steps);

  /*
 * Make sure that there is at least two entries in the
 * brightness-levels table, otherwise we can't interpolate
 * between two points.
 */
  if (num_steps) {
   unsigned int num_input_levels = num_levels;
   unsigned int i;
   u32 x1, x2, x, dx;
   u32 y1, y2;
   s64 dy;

   if (num_input_levels < 2) {
    dev_err(dev, "can't interpolate\n");
    return -EINVAL;
   }

   /*
 * Recalculate the number of brightness levels, now
 * taking in consideration the number of interpolated
 * steps between two levels.
 */
   num_levels = (num_input_levels - 1) * num_steps + 1;
   dev_dbg(dev, "new number of brightness levels: %d\n",
    num_levels);

   /*
 * Create a new table of brightness levels with all the
 * interpolated steps.
 */
   table = devm_kcalloc(dev, num_levels, sizeof(*table),
          GFP_KERNEL);
   if (!table)
    return -ENOMEM;
   /*
 * Fill the interpolated table[x] = y
 * by draw lines between each (x1, y1) to (x2, y2).
 */
   dx = num_steps;
   for (i = 0; i < num_input_levels - 1; i++) {
    x1 = i * dx;
    x2 = x1 + dx;
    y1 = data->levels[i];
    y2 = data->levels[i + 1];
    dy = (s64)y2 - y1;

    for (x = x1; x < x2; x++) {
     table[x] = y1 +
      div_s64(dy * (x - x1), dx);
    }
   }
   /* Fill in the last point, since no line starts here. */
   table[x2] = y2;

   /*
 * As we use interpolation lets remove current
 * brightness levels table and replace for the
 * new interpolated table.
 */
   devm_kfree(dev, data->levels);
   data->levels = table;
  }

  data->max_brightness = num_levels - 1;
 }

 return 0;
}

static const struct of_device_id pwm_backlight_of_match[] = {
 { .compatible = "pwm-backlight" },
 { }
};

MODULE_DEVICE_TABLE(of, pwm_backlight_of_match);
#else
static int pwm_backlight_parse_dt(struct device *dev,
      struct platform_pwm_backlight_data *data)
{
 return -ENODEV;
}

static
int pwm_backlight_brightness_default(struct device *dev,
         struct platform_pwm_backlight_data *data,
         unsigned int period)
{
 return -ENODEV;
}
#endif

static bool pwm_backlight_is_linear(struct platform_pwm_backlight_data *data)
{
 unsigned int nlevels = data->max_brightness + 1;
 unsigned int min_val = data->levels[0];
 unsigned int max_val = data->levels[nlevels - 1];
 /*
 * Multiplying by 128 means that even in pathological cases such
 * as (max_val - min_val) == nlevels the error at max_val is less
 * than 1%.
 */
 unsigned int slope = (128 * (max_val - min_val)) / nlevels;
 unsigned int margin = (max_val - min_val) / 20; /* 5% */
 int i;

 for (i = 1; i < nlevels; i++) {
  unsigned int linear_value = min_val + ((i * slope) / 128);
  unsigned int delta = abs(linear_value - data->levels[i]);

  if (delta > margin)
   return false;
 }

 return true;
}

static int pwm_backlight_initial_power_state(const struct pwm_bl_data *pb)
{
 struct device_node *node = pb->dev->of_node;
 bool active = true;

 /*
 * If the enable GPIO is present, observable (either as input
 * or output) and off then the backlight is not currently active.
 * */
 if (pb->enable_gpio && gpiod_get_value_cansleep(pb->enable_gpio) == 0)
  active = false;

 if (pb->power_supply && !regulator_is_enabled(pb->power_supply))
  active = false;

 if (!pwm_is_enabled(pb->pwm))
  active = false;

 /*
 * Synchronize the enable_gpio with the observed state of the
 * hardware.
 */
 gpiod_direction_output(pb->enable_gpio, active);

 /*
 * Do not change pb->enabled here! pb->enabled essentially
 * tells us if we own one of the regulator's use counts and
 * right now we do not.
 */

 /* Not booted with device tree or no phandle link to the node */
 if (!node || !node->phandle)
  return BACKLIGHT_POWER_ON;

 /*
 * If the driver is probed from the device tree and there is a
 * phandle link pointing to the backlight node, it is safe to
 * assume that another driver will enable the backlight at the
 * appropriate time. Therefore, if it is disabled, keep it so.
 */
 return active ? BACKLIGHT_POWER_ON : BACKLIGHT_POWER_OFF;
}

static int pwm_backlight_probe(struct platform_device *pdev)
{
 struct platform_pwm_backlight_data *data = dev_get_platdata(&pdev->dev);
 struct platform_pwm_backlight_data defdata;
 struct backlight_properties props;
 struct backlight_device *bl;
 struct pwm_bl_data *pb;
 struct pwm_state state;
 unsigned int i;
 int ret;

 if (!data) {
  ret = pwm_backlight_parse_dt(&pdev->dev, &defdata);
  if (ret < 0)
   return dev_err_probe(&pdev->dev, ret,
          "failed to find platform data\n");

  data = &defdata;
 }

 if (data->init) {
  ret = data->init(&pdev->dev);
  if (ret < 0)
   return ret;
 }

 pb = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*pb), GFP_KERNEL);
 if (!pb) {
  ret = -ENOMEM;
  goto err_alloc;
 }

 pb->notify = data->notify;
 pb->notify_after = data->notify_after;
 pb->exit = data->exit;
 pb->dev = &pdev->dev;
 pb->enabled = false;
 pb->post_pwm_on_delay = data->post_pwm_on_delay;
 pb->pwm_off_delay = data->pwm_off_delay;

 pb->enable_gpio = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, "enable",
        GPIOD_ASIS);
 if (IS_ERR(pb->enable_gpio)) {
  ret = dev_err_probe(&pdev->dev, PTR_ERR(pb->enable_gpio),
        "failed to acquire enable GPIO\n");
  goto err_alloc;
 }

 pb->power_supply = devm_regulator_get_optional(&pdev->dev, "power");
 if (IS_ERR(pb->power_supply)) {
  ret = PTR_ERR(pb->power_supply);
  if (ret == -ENODEV) {
   pb->power_supply = NULL;
  } else {
   dev_err_probe(&pdev->dev, ret,
          "failed to acquire power regulator\n");
   goto err_alloc;
  }
 }

 pb->pwm = devm_pwm_get(&pdev->dev, NULL);
 if (IS_ERR(pb->pwm)) {
  ret = dev_err_probe(&pdev->dev, PTR_ERR(pb->pwm),
        "unable to request PWM\n");
  goto err_alloc;
 }

 dev_dbg(&pdev->dev, "got pwm for backlight\n");

 /* Sync up PWM state. */
 pwm_init_state(pb->pwm, &state);

 /*
 * The DT case will set the pwm_period_ns field to 0 and store the
 * period, parsed from the DT, in the PWM device. For the non-DT case,
 * set the period from platform data if it has not already been set
 * via the PWM lookup table.
 */
 if (!state.period && (data->pwm_period_ns > 0))
  state.period = data->pwm_period_ns;

 ret = pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);
 if (ret) {
  dev_err_probe(&pdev->dev, ret,
         "failed to apply initial PWM state");
  goto err_alloc;
 }

 memset(&props, 0, sizeof(struct backlight_properties));

 if (data->levels) {
  pb->levels = data->levels;

  /*
 * For the DT case, only when brightness levels is defined
 * data->levels is filled. For the non-DT case, data->levels
 * can come from platform data, however is not usual.
 */
  for (i = 0; i <= data->max_brightness; i++)
   if (data->levels[i] > pb->scale)
    pb->scale = data->levels[i];

  if (pwm_backlight_is_linear(data))
   props.scale = BACKLIGHT_SCALE_LINEAR;
  else
   props.scale = BACKLIGHT_SCALE_NON_LINEAR;
 } else if (!data->max_brightness) {
  /*
 * If no brightness levels are provided and max_brightness is
 * not set, use the default brightness table. For the DT case,
 * max_brightness is set to 0 when brightness levels is not
 * specified. For the non-DT case, max_brightness is usually
 * set to some value.
 */

  /* Get the PWM period (in nanoseconds) */
  pwm_get_state(pb->pwm, &state);

  ret = pwm_backlight_brightness_default(&pdev->dev, data,
             state.period);
  if (ret < 0) {
   dev_err_probe(&pdev->dev, ret,
          "failed to setup default brightness table\n");
   goto err_alloc;
  }

  for (i = 0; i <= data->max_brightness; i++) {
   if (data->levels[i] > pb->scale)
    pb->scale = data->levels[i];

   pb->levels = data->levels;
  }

  props.scale = BACKLIGHT_SCALE_NON_LINEAR;
 } else {
  /*
 * That only happens for the non-DT case, where platform data
 * sets the max_brightness value.
 */
  pb->scale = data->max_brightness;
 }

 pb->lth_brightness = data->lth_brightness * (div_u64(state.period,
    pb->scale));

 props.type = BACKLIGHT_RAW;
 props.max_brightness = data->max_brightness;
 bl = backlight_device_register(dev_name(&pdev->dev), &pdev->dev, pb,
           &pwm_backlight_ops, &props);
 if (IS_ERR(bl)) {
  ret = dev_err_probe(&pdev->dev, PTR_ERR(bl),
        "failed to register backlight\n");
  goto err_alloc;
 }

 if (data->dft_brightness > data->max_brightness) {
  dev_warn(&pdev->dev,
    "invalid default brightness level: %u, using %u\n",
    data->dft_brightness, data->max_brightness);
  data->dft_brightness = data->max_brightness;
 }

 bl->props.brightness = data->dft_brightness;
 bl->props.power = pwm_backlight_initial_power_state(pb);
 backlight_update_status(bl);

 platform_set_drvdata(pdev, bl);
 return 0;

err_alloc:
 if (data->exit)
  data->exit(&pdev->dev);
 return ret;
}

static void pwm_backlight_remove(struct platform_device *pdev)
{
 struct backlight_device *bl = platform_get_drvdata(pdev);
 struct pwm_bl_data *pb = bl_get_data(bl);
 struct pwm_state state;

 backlight_device_unregister(bl);
 pwm_backlight_power_off(pb);
 pwm_get_state(pb->pwm, &state);
 state.duty_cycle = 0;
 state.enabled = false;
 pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);

 if (pb->exit)
  pb->exit(&pdev->dev);
}

static void pwm_backlight_shutdown(struct platform_device *pdev)
{
 struct backlight_device *bl = platform_get_drvdata(pdev);
 struct pwm_bl_data *pb = bl_get_data(bl);
 struct pwm_state state;

 pwm_backlight_power_off(pb);
 pwm_get_state(pb->pwm, &state);
 state.duty_cycle = 0;
 state.enabled = false;
 pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);
}

#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
static int pwm_backlight_suspend(struct device *dev)
{
 struct backlight_device *bl = dev_get_drvdata(dev);
 struct pwm_bl_data *pb = bl_get_data(bl);
 struct pwm_state state;

 if (pb->notify)
  pb->notify(pb->dev, 0);

 pwm_backlight_power_off(pb);

 /*
 * Note that disabling the PWM doesn't guarantee that the output stays
 * at its inactive state. However without the PWM disabled, the PWM
 * driver refuses to suspend. So disable here even though this might
 * enable the backlight on poorly designed boards.
 */
 pwm_get_state(pb->pwm, &state);
 state.duty_cycle = 0;
 state.enabled = false;
 pwm_apply_might_sleep(pb->pwm, &state);

 if (pb->notify_after)
  pb->notify_after(pb->dev, 0);

 return 0;
}

static int pwm_backlight_resume(struct device *dev)
{
 struct backlight_device *bl = dev_get_drvdata(dev);

 backlight_update_status(bl);

 return 0;
}
#endif

static const struct dev_pm_ops pwm_backlight_pm_ops = {
#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
 .suspend = pwm_backlight_suspend,
 .resume = pwm_backlight_resume,
 .poweroff = pwm_backlight_suspend,
 .restore = pwm_backlight_resume,
#endif
};

static struct platform_driver pwm_backlight_driver = {
 .driver  = {
  .name  = "pwm-backlight",
  .pm  = &pwm_backlight_pm_ops,
  .of_match_table = of_match_ptr(pwm_backlight_of_match),
 },
 .probe  = pwm_backlight_probe,
 .remove  = pwm_backlight_remove,
 .shutdown = pwm_backlight_shutdown,
};

module_platform_driver(pwm_backlight_driver);

MODULE_DESCRIPTION("PWM based Backlight Driver");
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_ALIAS("platform:pwm-backlight");