Linux学习第16天：Linux设备树下的LED驱动开发：举一反三专注专心专业

2023-11-18

Linux版本号4.1.15 芯片I.MX6ULL 大叔学Linux 品人间百味思文短情长

在开题之前，先说一下这次的题目，尤其是后面的“举一反三专注专心专业”到底想给大家传递什么信息。LED驱动开发，目前为止已经学了好几种方法，包括裸机开发、嵌入式Linux LED驱动开发以及基于API函数的LED驱动开发，再加上今天要学习的基于Linux设备树的LED驱动开发，已经整整学了4种。原因也很简单，除了LED驱动开发是最基础最简单的驱动开发，通过不同方式实现其驱动开发，更便于分析各种方法之间的异同点，更容易消化理解刚学的内容。从这一点来说，举一反三，是也。而专注专心专业三者贵在一个专字。世间知识千千万，学习嵌入式Linux驱动开发，万千江湖，只取一瓢。在当今尤其是社会分工愈来愈细化的今天，保持一个专字，在自己选定的领域保持专注专心和专业，才能使自己变的更强、眼光放的更远，思考的深度更深。

今天的这篇笔记要学习的内容是基于Linux设备树的LED驱动开发，主要内容包括原理、程序编写和测试，重点是程序的编写，其内容又包含设备树文件的修改、驱动程序编写以及测试APP的编写。

下图为本笔记的思维导图：

一、设备树LED驱动原理

使用设备树来向 Linux 内核传递相关的寄存器物理地址， Linux 驱动文件使用上一章讲解的 OF函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的 IO。

二、实验程序编写

1.修改设备树文件

在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点，打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在根节点“/”最后面输入如下所示内容：

1 alphaled {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <1>;
4 compatible = "atkalpha-led";
5 status = "okay";
6 reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */
7 0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */
8 0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
9 0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */
10 0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */
11 };

特别关注一下第6-10行，reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址。

输入如下命令，重新编译一下imx6ull-alientek-emmc.dts。

make dtbs

使用编译后的新的imx6ull-alientek-emmc.dtb启动Linux内核。启动成功后，在/proc/device-tree目录下会看到alphaled这个节点，如下：

2.LED驱动程序编写

直接上代码吧，如下：

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of.h>
12 #include <linux/of_address.h>
13 #include <asm/mach/map.h>
14 #include <asm/uaccess.h>
15 #include <asm/io.h>
16 /***************************************************************
17 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
18 文件名 : dtsled.c
19 作者 : 左忠凯
20 版本 : V1.0
21 描述 : LED 驱动文件。
22 其他 : 无
23 论坛 : www.openedv.com
24 日志 : 初版 V1.0 2019/7/9 左忠凯创建
25 ***************************************************************/
26 #define DTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
27 #define DTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */
28 #define LEDOFF 0 /* 关灯 */
29 #define LEDON 1 /* 开灯 */
30
31 /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
32 static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
33 static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
34 static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
35 static void __iomem *GPIO1_DR;
36 static void __iomem *GPIO1_GDIR;
37
38 /* dtsled 设备结构体 */
39 struct dtsled_dev{
40 dev_t devid; /* 设备号 */
41 struct cdev cdev; /* cdev */
42 struct class *class; /* 类 */
43 struct device *device; /* 设备 */
44 int major; /* 主设备号 */
45 int minor; /* 次设备号 */
46 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
47 };
48
49 struct dtsled_dev dtsled; /* led 设备 */
50
51 /*
52 * @description : LED 打开/关闭
53 * @param - sta : LEDON(0) 打开 LED， LEDOFF(1) 关闭 LED
54 * @return : 无
55 */
56 void led_switch(u8 sta)
57 {
58 u32 val = 0;
59 if(sta == LEDON) {
60 val = readl(GPIO1_DR);
61 val &= ~(1 << 3);
62 writel(val, GPIO1_DR);
63 }else if(sta == LEDOFF) {
64 val = readl(GPIO1_DR);
65 val|= (1 << 3);
66 writel(val, GPIO1_DR);
67 }
68 }
69
70 /*
71 * @description : 打开设备
72 * @param – inode : 传递给驱动的 inode
73 * @param – filp : 设备文件， file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量
74 * 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。
75 * @return : 0 成功;其他 失败
76 */
77 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
78 {
79 filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */
80 return 0;
81 }
82
83 /*
84 * @description : 从设备读取数据
85 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
86 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
87 * @param - cnt : 要读取的数据长度
88 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
89 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
90 */
91 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
92 {
93 return 0;
94 }
95
96 /*
97 * @description : 向设备写数据
98 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
99 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
100 * @param - cnt : 要写入的数据长度
101 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
102 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
103 */
104 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
105 {
106 int retvalue;
107 unsigned char databuf[1];
108 unsigned char ledstat;
109
110 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
111 if(retvalue < 0) {
112 printk("kernel write failed!\r\n");
113 return -EFAULT;
114 }
115
116 ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
117
118 if(ledstat == LEDON) {
119 led_switch(LEDON); /* 打开 LED 灯 */
120 } else if(ledstat == LEDOFF) {
121 led_switch(LEDOFF); /* 关闭 LED 灯 */
122 }
123 return 0;
124 }
125
126 /*
127 * @description : 关闭/释放设备
128 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
129 * @return : 0 成功;其他 失败
130 */
131 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
132 {
133 return 0;
134 }
135
136 /* 设备操作函数 */
137 static struct file_operations dtsled_fops = {
138 .owner = THIS_MODULE,
139 .open = led_open,
140 .read = led_read,
141 .write = led_write,
142 .release = led_release,
143 };
144
145 /*
146 * @description : 驱动入口函数
147 * @param : 无
148 * @return : 无
149 */
150 static int __init led_init(void)
151 {
152 u32 val = 0;
153 int ret;
154 u32 regdata[14];
155 const char *str;
156 struct property *proper;
157
158 /* 获取设备树中的属性数据 */
159 /* 1、获取设备节点： alphaled */
160 dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled");
161 if(dtsled.nd == NULL) {
162 printk("alphaled node can not found!\r\n");
163 return -EINVAL;
164 } else {
165 printk("alphaled node has been found!\r\n");
166 }
167
168 /* 2、获取 compatible 属性内容 */
169 proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);
170 if(proper == NULL) {
171 printk("compatible property find failed\r\n");
172 } else {
173 printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);
174 }
175
176 /* 3、获取 status 属性内容 */
177 ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
178 if(ret < 0){
179 printk("status read failed!\r\n");
180 } else {
181 printk("status = %s\r\n",str);
182 }
183
184 /* 4、获取 reg 属性内容 */
185 ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);
186 if(ret < 0) {
187 printk("reg property read failed!\r\n");
188 } else {
189 u8 i = 0;
190 printk("reg data:\r\n");
191 for(i = 0; i < 10; i++)
192 printk("%#X ", regdata[i]);
193 printk("\r\n");
194 }
195
196 /* 初始化 LED */
197 #if 0
198 /* 1、寄存器地址映射 */
199 IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);
200 SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);
201 SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]);
202 GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]);
203 GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]);
204 #else
205 IMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0);
206 SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);
207 SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);
208 GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);
209 GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);
210 #endif
211
212 /* 2、使能 GPIO1 时钟 */
213 val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
214 val &= ~(3 << 26); /* 清楚以前的设置 */
215 val |= (3 << 26); /* 设置新值 */
216 writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);
217
218 /* 3、设置 GPIO1_IO03 的复用功能，将其复用为
219 * GPIO1_IO03，最后设置 IO 属性。
220 */
221 writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
222
223 /* 寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03 设置 IO 属性 */
224 writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);
225
226 /* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出功能 */
227 val = readl(GPIO1_GDIR);
228 val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */
229 val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */
230 writel(val, GPIO1_GDIR);
231
232 /* 5、默认关闭 LED */
233 val = readl(GPIO1_DR);
234 val |= (1 << 3);
235 writel(val, GPIO1_DR);
236
237 /* 注册字符设备驱动 */
238 /* 1、创建设备号 */
239 if (dtsled.major) { /* 定义了设备号 */
240 dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);
241 register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT,
DTSLED_NAME);
242 } else { /* 没有定义设备号 */
243 alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT,
DTSLED_NAME); /* 申请设备号 */
244 dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
245 dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
246 }
247 printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major,
dtsled.minor);
248
249 /* 2、初始化 cdev */
250 dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;
251 cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
252
253 /* 3、添加一个 cdev */
254 cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);
255
256 /* 4、创建类 */
257 dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);
258 if (IS_ERR(dtsled.class)) {
259 return PTR_ERR(dtsled.class);
260 }
261
262 /* 5、创建设备 */
263 dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid,
NULL, DTSLED_NAME);
264 if (IS_ERR(dtsled.device)) {
265 return PTR_ERR(dtsled.device);
266 }
267
268 return 0;
269 }
270
271 /*
272 * @description : 驱动出口函数
273 * @param : 无
274 * @return : 无
275 */
276 static void __exit led_exit(void)
277 {
278 /* 取消映射 */
279 iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
280 iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
281 iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
282 iounmap(GPIO1_DR);
283 iounmap(GPIO1_GDIR);
284
285 /* 注销字符设备驱动 */
286 cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除 cdev */
287 unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT);/*注销设备号*/
288
289 device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);
290 class_destroy(dtsled.class);
291 }
292
293 module_init(led_init);
294 module_exit(led_exit);
295 MODULE_LICENSE("GPL");
296 MODULE_AUTHOR("jia");

3.编写测试APP

内容和上一节内容完全一样。

三、运行测试

1.编译驱动程序和测试APP

Makefile 内容如下：

1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imxrel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
......
4 obj-m := dtsled.o //特别注意
......
11 clean:
12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

输入如下命令编译出驱动模块文件dtsled.ko：

make -j32

输入如下指令编译测试ledApp.c这个程序，生成ledAPP这个程序。

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

2.运行测试

将编译出来的 dtsled.ko 和 ledApp 两个文件拷贝到对应目录中，输入如下命令加载dtsled.ko 驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe dtsled.ko //加载驱动

如果正常的话，在终端中会输出如下信息：

驱动加载成功以后就可以使用 ledApp 软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开
LED 灯：

./ledApp /dev/dtsled 1

//打开 LED 灯

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色 LED 灯是否点亮，如果点亮的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭 LED 灯：

./ledApp /dev/dtsled 0

//关闭 LED 灯

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色 LED 灯是否熄灭。如果要卸载驱
动的话输入如下命令即可：

rmmod dtsled.ko

四.总结

本笔记主要学习了基于设备树的LED驱动开发，重点是程序的编写，其内容又包含设备树文件的修改、驱动程序编写以及测试APP的编写。

本文为参考正点原子开发板配套教程整理而得，仅用于学习交流使用，不得用于商业用途。

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