Linux 驱动开发基础知识——编写LED驱动程序(三)

简介: Linux 驱动开发基础知识——编写LED驱动程序(三)

一、LED 驱动程序编程_基于 IMX6ULL

1.字符设备驱动程序框架

编写驱动程序的套路:

       (1)确定主设备号,也可以让内核分配

       (2)定义自己的 file_operations 结构体

       (3)实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数,填入 file_operations 结构体

       (4)把 file_operations 结构体告诉内核:register_chrdev

       (5) 谁来注册驱动程序啊?得有一个入口函数:安装驱动程序时,就会去调用这 个入口函数。

       (6)有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,出口函数调用 unregister_chrdev 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点:class_create,device_create

2.驱动怎么操作硬件?

       通过 ioremap 映射寄存器的物理地址得到虚拟地址,读写虚拟地址

3.驱动怎么和 APP 传输数据?

        通过 copy_to_user、copy_from_user 这 2 个函数。

4.实现什么功能

(1)先编写驱动程序:

       实现 led_open 函数,在里面初始化 LED 引脚。

       实现 led_write 函数,在里面根据 APP 传来的值控制 LED。

(2)再编写测试程序。

二、编写代码:

1.驱动程序led_drv.c

 
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>
 
static int major;
static struct class *led_class;
 
/* registers */
// IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址:0x02290000 + 0x14
static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;
 
// GPIO5_GDIR 地址:0x020AC004
static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;
 
//GPIO5_DR 地址:0x020AC000
static volatile unsigned int *GPIO5_DR;
 
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
       size_t count, loff_t *ppos)
{
  char val;
  int ret;
  
  /* copy_from_user : get data from app */
  ret = copy_from_user(&val, buf, 1);
 
  /* to set gpio register: out 1/0 */
  if (val)
  {
    /* set gpio to let led on */
    *GPIO5_DR &= ~(1<<3);
  }
  else
  {
 
    /* set gpio to let led off */
    *GPIO5_DR |= (1<<3);
  }
  return 1;
}
 
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  /* enable gpio5
   * configure gpio5_io3 as gpio
   * configure gpio5_io3 as output 
   */
  *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 &= ~0xf;
  *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 |= 0x5;
 
  *GPIO5_GDIR |= (1<<3);
  
  return 0;
}
 
static struct file_operations led_fops = {
  .owner    = THIS_MODULE,
  .write    = led_write,
  .open   = led_open,
};
 
/* 入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
  printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
  
  major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_fops);
 
  /* ioremap */
  // IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址:0x02290000 + 0x14
  IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x02290000 + 0x14, 4);
  
  // GPIO5_GDIR 地址:0x020AC004
  GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC004, 4);
  
  //GPIO5_DR 地址:0x020AC000
  GPIO5_DR  = ioremap(0x020AC000, 4);
 
  led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
  device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
  
  return 0;
}
 
static void __exit led_exit(void)
{
  iounmap(IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3);
  iounmap(GPIO5_GDIR);
  iounmap(GPIO5_DR);
  
  device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
  class_destroy(led_class);
  
  unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}
 
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
 
 

第15行:系统主设备号

第28~49行:为应用程序write提供驱动程序      

        第35行:从应用程序APP得到数据,读取用户空间传进来的值

               把用户空间的数据buf拷贝到&val内核空间,拷贝1个字节

       第36~42行:根据数据去设置GPIO的寄存器去输出1/0

       第38~48行:根据val判断是将GPIO配置高还是低

第51~63行:为应用程序open提供驱动程序

       启动GPIO

       配置gpio5 io3为gpio            

       配置gpio5 io3为输出

第65~69行:定义一个file_operations结构体,里面每个成员是驱动程序的具体功能

第72~92行:入口函数

       第74行:监测入口函数是否被执行

               __FILE__:文件

               __FUNCTION:__函数

               __LINE__:第几行

      第76行:调用register_chrdev()来注册某个file_operations结构体,获得系统提供的主设备号

       第79行:映射虚拟地址

       第88~89行:系统为我们创建/dev/myled的设备节点

               第88行:根据系统函数提供设备节点

               第89行:在这个led_class下创建设备

       

第94~104行:出口函数

       第103行:卸载驱动程序

       第100行:销毁掉创建的设备节点/dev/myled

       第101行:销毁掉创建的类

第106行:修饰入口函数

第107行:修饰出口函数

第108行:获取指定GPL协议

以上为驱动程序的模板部分,下面我们对IMX6ull的硬件操作进行梳理


使能GPIO5:本身默认使能,所以我们可以忽视这部分的操作

第18~26行:设置GPIO5_3为GPIO:

IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址:0x02290000 + 0x14        

       第19~26行:定义变量操作寄存器:使用指针操作读写寄存器地址,物理地址,后面需要把物理地址映射成虚拟地址

               第19行:第一个寄存器地址,GPIO5_3的地址

               第22行:设置GPIO5_GDIR地址用于设置输入输出的方向

               第26行:设置GPIO5_DR地址用于设置输入或输出电平

第79~86行:在入口函数里将物理地址映射为虚拟地址

       第80行:用ioremap0x02290000 + 0x14物理地址映射为4个字节虚拟地址

       第83行:用ioremap0x020AC004物理地址映射为4个字节虚拟地址

       第86行:用ioremap0x020AC000物理地址映射为4个字节虚拟地址

第96~98行:在出口函数里清除ioremap的虚拟地址

第53~60行:使用虚拟地址操作寄存器

       第57行:清除掉最低的4位,防止其他驱动程序调用

       第58行:设置为101,将引脚配置为GPIO

       第60行:设置GPI05_3为1,设置为输出的方向

实现点灯操作:将GPI05_3输出低电平

第31行:设置GPI05_3为输出0, 实现点亮led

第46行:设置GPI05_3为输出1,实现关闭led

2.应用程序 ledtest.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
 
 
// ledtest /dev/myled on
// ledtest /dev/myled off
 
int main(int argc, char **argv)
{
  int fd;
  char status = 0;
  
  if (argc != 3)
  {
    printf("Usage: %s <dev> <on|off>\n", argv[0]);
    printf("  eg: %s /dev/myled on\n", argv[0]);
    printf("  eg: %s /dev/myled off\n", argv[0]);
    return -1;
  }
  // open
  fd = open(argv[1], O_RDWR);
  if (fd < 0)
  {
    printf("can not open %s\n", argv[0]);
    return -1;
  }
 
  // write
  if (strcmp(argv[2], "on") == 0)
  {
    status = 1;
  }
 
  write(fd, &status, 1);
  return 0; 
}
 

第15行:监测当前状态值,根据 on和off进行判断

第17~23行:当输入不正确时打印用法

       第19行:具体用法

       第20行:打开led的用法

       第21行:关闭led的用法

第23行:打印文件

       第26~30行:打开文件失败

第32~36行:打开成功,写入数据

3.Makefile

 
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册
 
KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88
 
all:
  make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
  $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 
 
clean:
  make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
  rm -rf modules.order
  rm -f ledtest
 
obj-m += led_drv.o
 

第10行:编译时用到的Linux内核路径

第12~19行:编译测试程序

第21行:编译内核程序

三、上机实验

1.编译

编译程序,把代码上传代服务器后执行 make 命令。

2.挂载到开发板

在开发板上挂载 NFS

最后在开发板上加载驱动程序,执行测试程序,如下:

[root@100ask:~]# echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk // 打开内核的打印信息,有些
板子默认打开了
[ 1426.505931] /home/book/05_嵌入式Linux驱动开发基础知识/source/02_led_drv/00_led_drv_simple/imx6ull/led_drv.c led_init 75    //安装后打印的信息
[root@100ask:~]# insmod /mnt/led_drv.ko    //安装驱动
[root@100ask:~]# lsmod                     //查询驱动
[root@100ask:~]# rmmod /mnt/led_drv.ko     //卸载驱动
/mnt/ledtest /dev/myled on                 // 点灯
/mnt/ledtest /dev/myled off                // 关灯

3.实验效果

点亮的是红灯旁边的黄色灯,照片可能看的效果不是很明显

       执行/mnt/ledtest /dev/myled on 这里有一个黄色小灯会亮起来

       执行/mnt/ledtest /dev/myled off 这里有一个黄色小灯会熄灭

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