ARM Linux 驱动开发篇--- 设备树下的 LED 驱动实验-- Ubuntu20.04
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前言
前几期博客我们详细的讲解了设备树语法以及在驱动开发中常用的 OF 函数，本期博客就正式开始
第一个基于设备树的 Linux 驱动实验。
一、设备树 LED 驱动原理
本期博客使用设备树来向 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。本章实验还是比较简单的，本章实验重点内容如下：
①、在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中创建相应的设备节点。
②、编写驱动程序(新版led驱动实验程序编写)，获取设备树中的相关属性值。
③、使用获取到的有关属性值来初始化LED所使用的GPIO。
二、硬件原理图分析（看过之前的博客可以忽略了）
从图中可以看出，LED0 接到了 GPIO_3 上，GPIO_3 就是 GPIO1_IO03，当 GPIO1_IO03 输出低电平 (0) 的时候发光二极管 LED0 就会导通点亮，当 GPIO1_IO03 输出高电平 (1) 的时候发光二极管 LED0 不会导通，因此 LED0 也就不会点亮。所以 LED0 的亮灭取决于 GPIO1_IO03 的输出电平，输出 0 就亮，输出 1 就灭。
三、实验程序编写
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：
alphaled { #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; compatible = "atkalpha-led"; status = "okay"; reg = < 0x020C406C 0x04 /* CCM_CCGR1_BASE */ 0x020E0068 0x04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */ 0x020E02F4 0x04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */ 0x0209C000 0x04 /* GPIO1_DR_BASE */ 0x0209C004 0x04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */ };属性#address-cells 和#size-cells 都为 1，表示 reg 属性中起始地址占用一个字长。
(cell)，地址长度也占用一个字长(cell)。
属性 compatbile 设置 alphaled 节点兼容性为“atkalpha-led”。
属性 status 设置状态为“okay”。
reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址。
比如0X020C406C 0X04表示 I.MX6ULL 的 CCM_CCGR1 寄存器，其中寄存器首地址为 0X020C406C，长度为 4 个字节。
设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下 imx6ull-alientek-emmc.dts。
make dtbs编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb，使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动Linux 内核。Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“alphaled”这个节点。
四、LED 灯驱动程序编写
#include <linux/types.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/ide.h> #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/gpio.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #include <linux/of.h> #include <linux/of_address.h> #include <asm/mach/map.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/io.h> /*************************************************************** Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 版本 : V1.0 描述 : LED驱动文件。 其他 : 无 ***************************************************************/ #define DTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */ #define DTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */ #define LEDOFF 0 /* 关灯 */ #define LEDON 1 /* 开灯 */ /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */ static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1; static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03; static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03; static void __iomem *GPIO1_DR; static void __iomem *GPIO1_GDIR; /* dtsled设备结构体 */ struct dtsled_dev{ dev_t devid; /* 设备号 */ struct cdev cdev; /* cdev */ struct class *class; /* 类 */ struct device *device; /* 设备 */ int major; /* 主设备号 */ int minor; /* 次设备号 */ struct device_node *nd; /* 设备节点 */ }; struct dtsled_dev dtsled; /* led设备 */ /* * @description : LED打开/关闭 * @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED * @return : 无 */ void led_switch(u8 sta) { u32 val = 0; if(sta == LEDON) { val = readl(GPIO1_DR); val &= ~(1 << 3); writel(val, GPIO1_DR); }else if(sta == LEDOFF) { val = readl(GPIO1_DR); val|= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR); } } /* * @description : 打开设备 * @param - inode : 传递给驱动的inode * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。 * @return : 0 成功;其他 失败 */ static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) { filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */ return 0; } /* * @description : 从设备读取数据 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符) * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区 * @param - cnt : 要读取的数据长度 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败 */ static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { return 0; } /* * @description : 向设备写数据 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符 * @param - buf : 要写给设备写入的数据 * @param - cnt : 要写入的数据长度 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败 */ static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { int retvalue; unsigned char databuf[1]; unsigned char ledstat; retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); if(retvalue < 0) { printk("kernel write failed!\r\n"); return -EFAULT; } ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */ if(ledstat == LEDON) { led_switch(LEDON); /* 打开LED灯 */ } else if(ledstat == LEDOFF) { led_switch(LEDOFF); /* 关闭LED灯 */ } return 0; } /* * @description : 关闭/释放设备 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符) * @return : 0 成功;其他 失败 */ static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) { return 0; } /* 设备操作函数 */ static struct file_operations dtsled_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_open, .read = led_read, .write = led_write, .release = led_release, }; /* * @description : 驱动出口函数 * @param : 无 * @return : 无 */ static int __init led_init(void) { u32 val = 0; int ret; u32 regdata[14]; const char *str; struct property *proper; /* 获取设备树中的属性数据 */ /* 1、获取设备节点：alphaled */ dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled"); if(dtsled.nd == NULL) { printk("alphaled node nost find!\r\n"); return -EINVAL; } else { printk("alphaled node find!\r\n"); } /* 2、获取compatible属性内容 */ proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL); if(proper == NULL) { printk("compatible property find failed\r\n"); } else { printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value); } /* 3、获取status属性内容 */ ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str); if(ret < 0){ printk("status read failed!\r\n"); } else { printk("status = %s\r\n",str); } /* 4、获取reg属性内容 */ ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10); if(ret < 0) { printk("reg property read failed!\r\n"); } else { u8 i = 0; printk("reg data:\r\n"); for(i = 0; i < 10; i++) printk("%#X ", regdata[i]); printk("\r\n"); } /* 初始化LED */ #if 0 /* 1、寄存器地址映射 */ IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]); SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]); SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]); GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]); GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]); #else IMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0); SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1); SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2); GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3); GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4); #endif /* 2、使能GPIO1时钟 */ val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1); val &= ~(3 << 26); /* 清楚以前的设置 */ val |= (3 << 26); /* 设置新值 */ writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1); /* 3、设置GPIO1_IO03的复用功能，将其复用为 * GPIO1_IO03，最后设置IO属性。 */ writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03); /*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03设置IO属性 *bit 16:0 HYS关闭 *bit [15:14]: 00 默认下拉 *bit [13]: 0 kepper功能 *bit [12]: 1 pull/keeper使能 *bit [11]: 0 关闭开路输出 *bit [7:6]: 10 速度100Mhz *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力 *bit [0]: 0 低转换率 */ writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03); /* 4、设置GPIO1_IO03为输出功能 */ val = readl(GPIO1_GDIR); val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */ val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */ writel(val, GPIO1_GDIR); /* 5、默认关闭LED */ val = readl(GPIO1_DR); val |= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR); /* 注册字符设备驱动 */ /* 1、创建设备号 */ if (dtsled.major) { /* 定义了设备号 */ dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0); register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME); } else { /* 没有定义设备号 */ alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME); /* 申请设备号 */ dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */ dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */ } printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor); /* 2、初始化cdev */ dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE; cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops); /* 3、添加一个cdev */ cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 4、创建类 */ dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME); if (IS_ERR(dtsled.class)) { return PTR_ERR(dtsled.class); } /* 5、创建设备 */ dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME); if (IS_ERR(dtsled.device)) { return PTR_ERR(dtsled.device); } return 0; } /* * @description : 驱动出口函数 * @param : 无 * @return : 无 */ static void __exit led_exit(void) { /* 取消映射 */ iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1); iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03); iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03); iounmap(GPIO1_DR); iounmap(GPIO1_GDIR); /* 注销字符设备驱动 */ cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除cdev */ unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 注销设备号 */ device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid); class_destroy(dtsled.class); } module_init(led_init); module_exit(led_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("duan"); dtsled.c 文件中的内容其实和之前的led实验的内容基本一样，只是 dtsled.c 中包含了处理设备树的代码，我们重点来看一下这部分代码。
在设备结构体 dtsled_dev 中添加了成员变量 nd，nd 是 device_node 结构体类型指针，表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值，首先要先得到这个节点，一般在设备结构体中添加 device_node 指针变量来存放这个节点。
通过 of_find_node_by_path 函数得到 alphaled 节点，后续其他的 OF 函数要 使用 device_node。
通过 of_find_property 函数获取 alphaled 节点的 compatible 属性，返回值为 property 结构体类型指针变量，property 的成员变量 value 表示属性值。
通过 of_property_read_string 函数获取 alphaled 节点的 status 属性值。
通过 of_property_read_u32_array 函数获取 alphaled 节点的 reg 属性所有值， 并且将获取到的值都存放到 regdata 数组中。
使用“古老”的 ioremap 函数完成内存映射，将获取到的 regdata 数组中的寄存器物理地址转换为虚拟地址。
使用 of_iomap 函数一次性完成读取 reg 属性以及内存映射，of_iomap 函数是设备树推荐使用的 OF 函数。
五、编写测试 APP
本次博客直接使用的测试 APP和之前的led实验一样，将之前实验的 ledApp.c 文件复制到本章实验工程下即可。
#include "stdio.h" #include "unistd.h" #include "sys/types.h" #include "sys/stat.h" #include "fcntl.h" #include "stdlib.h" #include "string.h" /*************************************************************** Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名 : ledApp.c 版本 : V1.0 描述 :led驱测试APP。 其他 : 无 使用方法 ：./ledtest /dev/led 0 关闭LED ./ledtest /dev/led 1 打开LED ***************************************************************/ #define LEDOFF 0 #define LEDON 1 /* * @description : main主程序 * @param - argc : argv数组元素个数 * @param - argv : 具体参数 * @return : 0 成功;其他 失败 */ int main(int argc, char *argv[]) { int fd, retvalue; char *filename; unsigned char databuf[1]; if(argc != 3){ printf("Error Usage!\r\n"); return -1; } filename = argv[1]; /* 打开led驱动 */ fd = open(filename, O_RDWR); if(fd < 0){ printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]); return -1; } databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */ /* 向/dev/led文件写入数据 */ retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf)); if(retvalue < 0){ printf("LED Control Failed!\r\n"); close(fd); return -1; } retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */ if(retvalue < 0){ printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]); return -1; } return 0; }六、运行测试
6.1、编译驱动程序和测试 APP
编写 Makefile 文件，本次实验的 Makefile 文件和之前的led实验基本一样，只是将 obj-m 变量的值改为 dtsled.o，Makefile 内容如下所示：
KERNELDIR := /home/duan/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.1_ga_alientek_v2.2 CURRENT_PATH := $(shell pwd) obj-m := dtsled.o build: kernel_modules kernel_modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules clean: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean编译测试 APP输入如下命令编译测试 ledApp.c 这个测试程序：
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp6.2、运行测试
将上一小节编译出来的 dtsled.ko 和 ledApp 这两个文件拷贝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中。
sudo cp dtsled.ko /home/duan/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15/ -fsudo cp ledApp /home/duan/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15/ -f进入到目录 lib/modules/4.1.15 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 //加载驱动驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示：
从上图中可以看出，alpahled 这个节点找到了，并且 compatible 属性值为“atkalpha-led”，status 属性值为“okay”。reg 属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4 0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”，这些都和我们设置的设备树一致。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总结
本期博客就正式完成了第一个基于设备树的 Linux 驱动实验。
