Linux 自带的LED 灯驱动实验

2023-11-16

前面我们都是自己编写LED 灯驱动，其实像LED 灯这样非常基础的设备驱动，Linux 内核已经集成了。Linux 内核的LED 灯驱动采用platform 框架，因此我们只需要按照要求在设备树文件中添加相应的LED 节点即可，本章我们就来学习如何使用Linux 内核自带的LED 驱动来驱动I.MX6U-ALPHA 开发板上的LED0。

Linux 内核自带LED 驱动使能

上一章节我们编写基于设备树的platform LED 灯驱动，其实Linux 内核已经自带了LED 灯
驱动，要使用Linux 内核自带的LED 灯驱动首先得先配置Linux 内核，使能自带的LED 灯驱
动，输入如下命令打开Linux 配置菜单：

make menuconfig

按照如下路径打开LED 驱动配置项：

-> Device Drivers
	-> LED Support (NEW_LEDS [=y])
		->LED Support for GPIO connected LEDs

按照上述路径，选择“LED Support for GPIO connected LEDs”，将其编译进Linux 内核，也即是在此选项上按下“Y”键，使此选项前面变为“<*>”，如图56.1.1 所示：
在这里插入图片描述
在“LED Support for GPIO connected LEDs”上按下‘？’可以打开此选项的帮助信息，如图56.1.2 所示：

从图56.1.2 可以看出，把Linux 内部自带的LED 灯驱动编译进内核以后，
CONFIG_LEDS_GPIO 就会等于‘y’，Linux 会根据CONFIG_LEDS_GPIO 的值来选择如何编译LED 灯驱动，如果为‘y’就将其编译进Linux 内核。

配置好Linux 内核以后退出配置界面，打开.config 文件，会找到“CONFIG_LEDS_GPIO=y”这一行，如图56.1.3 所示：
在这里插入图片描述

重新编译Linux 内核，然后使用新编译出来的zImage 镜像启动开发板。

Linux 内核自带LED 驱动简介

LED 灯驱动框架分析

LED 灯驱动文件为/drivers/leds/leds-gpio.c，大家可以打开/drivers/leds/Makefile 这个文件，找到如下所示内容：

2 # LED Core
3 obj-$(CONFIG_NEW_LEDS) += led-core.o
.....
23 obj-$(CONFIG_LEDS_GPIO_REGISTER) += leds-gpio-register.o
24 obj-$(CONFIG_LEDS_GPIO) += leds-gpio.o
25 obj-$(CONFIG_LEDS_LP3944) += leds-lp3944.o
......

第24 行，如果定义了CONFIG_LEDS_GPIO 的话就会编译leds-gpio.c 这个文件，在上一小节我们选择将LED 驱动编译进Linux 内核，在.config 文件中就会有“CONFIG_LEDS_GPIO=y”
这一行，因此leds-gpio.c 驱动文件就会被编译。
接下来我们看一下leds-gpio.c 这个驱动文件，找到如下所示内容：

236 static const struct of_device_id of_gpio_leds_match[] = {
237 { .compatible = "gpio-leds", },
238 {},
239 };
......
290 static struct platform_driver gpio_led_driver = {
291 .probe = gpio_led_probe,
292 .remove = gpio_led_remove,
293 .driver = {
294 .name = "leds-gpio",
295 .of_match_table = of_gpio_leds_match,
296 },
297 };
298
299 module_platform_driver(gpio_led_driver);

第236~239 行，LED 驱动的匹配表，此表只有一个匹配项，compatible 内容为“gpio-leds”，因此设备树中的LED 灯设备节点的compatible 属性值也要为“gpio-leds”，否则设备和驱动匹配不成功，驱动就没法工作。

第290~296 行，platform_driver 驱动结构体变量，可以看出，Linux 内核自带的LED 驱动采用了platform 框架。第291 行可以看出probe 函数为gpio_led_probe，因此当驱动和设备匹配成功以后gpio_led_probe 函数就会执行。从294 行可以看出，驱动名字为“leds-gpio”，因此会在/sys/bus/platform/drivers 目录下存在一个名为“leds-gpio”的文件，如图56.2.1.1 所示：
在这里插入图片描述
第299 行通过module_platform_driver 函数向Linux 内核注册gpio_led_driver 这个platform驱动。

module_platform_driver 函数简析

在上一小节中我们知道LED 驱动会采用module_platform_driver 函数向Linux 内核注册platform 驱动，其实在Linux 内核中会大量采用module_platform_driver 来完成向Linux 内核注册platform 驱动的操作。module_platform_driver 定义在include/linux/platform_device.h 文件中，
为一个宏，定义如下：

221 #define module_platform_driver(__platform_driver) \
222 module_driver(__platform_driver, platform_driver_register, \
223 platform_driver_unregister)

可以看出，module_platform_driver 依赖module_driver，module_driver 也是一个宏，定义在include/linux/device.h 文件中，内容如下：

1260 #define module_driver(__driver, __register, __unregister, ...) \
1261 static int __init __driver##_init(void) \
1262 { \
1263 return __register(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
1264 } \
1265 module_init(__driver##_init); \
1266 static void __exit __driver##_exit(void) \
1267 { \
1268 __unregister(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
1269 } \
1270 module_exit(__driver##_exit);

借助示例代码56.2.2.1 和示例代码56.2.2.2，将：

module_platform_driver(gpio_led_driver)

展开以后就是：

static int __init gpio_led_driver_init(void)
{
return platform_driver_register (&(gpio_led_driver));
}
module_init(gpio_led_driver_init);
static void __exit gpio_led_driver_exit(void)
{
platform_driver_unregister (&(gpio_led_driver) );
}
module_exit(gpio_led_driver_exit);

上面的代码不就是标准的注册和删除platform 驱动吗？因此module_platform_driver 函数的功能就是完成platform 驱动的注册和删除。

gpio_led_probe 函数简析

当驱动和设备匹配以后gpio_led_probe 函数就会执行，此函数主要是从设备树中获取LED灯的GPIO 信息，缩减后的函数内容如下所示：

243 static int gpio_led_probe(struct platform_device *pdev)
244 {
245 struct gpio_led_platform_data *pdata =
dev_get_platdata(&pdev->dev);
246 struct gpio_leds_priv *priv;
247 int i, ret = 0;
248
249 if (pdata && pdata->num_leds) { /* 非设备树方式*/
/* 获取platform_device信息*/
......
268 } else { /* 采用设备树*/
269 priv = gpio_leds_create(pdev);
270 if (IS_ERR(priv))
271 return PTR_ERR(priv);
272 }
273
274 platform_set_drvdata(pdev, priv);
275
276 return 0;
277 }

第269~271 行，如果使用设备树的话，使用gpio_leds_create 函数从设备树中提取设备信息，获取到的LED 灯GPIO 信息保存在返回值中，gpio_leds_create 函数内容如下：

167 static struct gpio_leds_priv *gpio_leds_create(struct
platform_device *pdev)
168 {
169 struct device *dev = &pdev->dev;
170 struct fwnode_handle *child;
171 struct gpio_leds_priv *priv;
172 int count, ret;
173 struct device_node *np;
174
175 count = device_get_child_node_count(dev);
176 if (!count)
177 return ERR_PTR(-ENODEV);
178
179 priv = devm_kzalloc(dev, sizeof_gpio_leds_priv(count),
GFP_KERNEL);
180 if (!priv)
181 return ERR_PTR(-ENOMEM);
182
183 device_for_each_child_node(dev, child) {
184 struct gpio_led led = {};
185 const char *state = NULL;
186
187 led.gpiod = devm_get_gpiod_from_child(dev, NULL, child);
188 if (IS_ERR(led.gpiod)) {
189 fwnode_handle_put(child);
190 ret = PTR_ERR(led.gpiod);
191 goto err;
192 }
193
194 np = of_node(child);
195
196 if (fwnode_property_present(child, "label")) {
197 fwnode_property_read_string(child, "label", &led.name);
198 } else {
199 if (IS_ENABLED(CONFIG_OF) && !led.name && np)
200 led.name = np->name;
201 if (!led.name)
202 return ERR_PTR(-EINVAL);
203 }

第175 行，调用device_get_child_node_count 函数统计子节点数量，一般在在设备树中创建一个节点表示LED 灯，然后在这个节点下面为每个LED 灯创建一个子节点。因此子节点数量也是LED 灯的数量。
第183 行，遍历每个子节点，获取每个子节点的信息。
第187 行，获取LED 灯所使用的GPIO 信息。
第196~197 行，读取子节点label 属性值，因为使用label 属性作为LED 的名字。
第204~205 行，获取“linux,default-trigger”属性值，可以通过此属性设置某个LED 灯在Linux 系统中的默认功能，比如作为系统心跳指示灯等等。
第207~215 行，获取“default-state”属性值，也就是LED 灯的默认状态属性。
第220 行，调用create_gpio_led 函数创建LED 相关的io，其实就是设置LED 所使用的io为输出之类的。create_gpio_led 函数主要是初始化led_dat 这个gpio_led_data 结构体类型变量，led_dat 保存了LED 的操作函数等内容。

关于gpio_led_probe 函数就分析到这里，gpio_led_probe 函数主要功能就是获取LED 灯的设备信息，然后根据这些信息来初始化对应的IO，设置为输出等。

设备树节点编写

打开文档Documentation/devicetree/bindings/leds/leds-gpio.txt，此文档详细的讲解了Linux 自带驱动对应的设备树节点该如何编写，我们在编写设备节点的时候要注意以下几点：
①、创建一个节点表示LED 灯设备，比如dtsleds，如果板子上有多个LED 灯的话每个LED灯都作为dtsleds 的子节点。
②、dtsleds 节点的compatible 属性值一定要为“gpio-leds”。
③、设置label 属性，此属性为可选，每个子节点都有一个label 属性，label 属性一般表示LED 灯的名字，比如以颜色区分的话就是red、green 等等。
④、每个子节点必须要设置gpios 属性值，表示此LED 所使用的GPIO 引脚！
⑤、可以设置“linux,default-trigger”属性值，也就是设置LED 灯的默认功能，可以查阅Documentation/devicetree/bindings/leds/common.txt 这个文档来查看可选功能，比如：
backlight：LED 灯作为背光。
default-on：LED 灯打开
heartbeat：LED 灯作为心跳指示灯，可以作为系统运行提示灯。
ide-disk：LED 灯作为硬盘活动指示灯。
timer：LED 灯周期性闪烁，由定时器驱动，闪烁频率可以修改
⑥、可以设置“default-state”属性值，可以设置为on、off 或keep，为on 的时候LED 灯默认打开，为off 的话LED 灯默认关闭，为keep 的话LED 灯保持当前模式。
根据上述几条要求在imx6ull-alientek-emmc.dts 中添加如下所示LED 灯设备节点：

1 dtsleds {
2 compatible = "gpio-leds";
3
4 led0 {
5 label = "red";
6 gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
7 default-state = "off";
8 };
9 };

因为I.MX6U-ALPHA 开发板只有一个LED0，因此在dtsleds 这个节点下只有一个子节点led0，LED0 名字为red，默认关闭。修改完成以后保存并重新编译设备树，然后用新的设备树启动开发板。

运行测试

用新的zImage 和imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动开发板，启动以后查看
/sys/bus/platform/devices/dtsleds 这个目录是否存在，如果存在的话就如到此目录中，如图56.4.1所示：
在这里插入图片描述
进入到leds 目录中，此目录中的内容如图56.4.2 所示：

从图56.4.2 可以看出，在leds 目录下有一个名为“red”子目录，这个子目录的名字就是我们在设备树中第5 行设置的label 属性值。
我们的设置究竟有没有用，最终是要通过测试才能知道的，首先查看一下系统中有没有“sys/class/leds/red/brightness”这个文件，如果有的话就输入如下命令打开RED 这个LED 灯：

echo 1 > /sys/class/leds/red/brightness //打开LED0

关闭RED 这个LED 灯的命令如下：

echo 0 > /sys/class/leds/red/brightness //关闭LED0

如果能正常的打开和关闭LED 灯话就说明我们Linux 内核自带的LED 灯驱动工作正常。
我们一般会使用一个LED 灯作为系统指示灯，系统运行正常的话这个LED 指示灯就会一闪一闪的。里我们设置LED0 作为系统指示灯，在dtsleds 这个设备节点中加入“linux,default-trigger”属性信息即可，属性值为“heartbeat”，修改完以后的dtsleds 节点内容如下：

1 dtsleds {
2 compatible = "gpio-leds";
3
4 led0 {
5 label = "red";
6 gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
7 linux,default-trigger = "heartbeat";
8 default-state = "on";
9 };
10 };

第7 行，设置LED0 为heartbeat。
第8 行，默认打开LED0。
重新编译设备树并且使用新的设备树启动Linux 系统，启动以后LED0 就会闪烁，作为系统心跳指示灯，表示系统正在运行。

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