linux 驱动开发入门（一） led驱动开发

0.前言

点灯在裸机上似乎非常容易，只需要在代码中按照手册配置一系列寄存器，编译后烧录即可。

但是在上了系统的平台上，对于硬件的操作就需要遵循一定的规范。

1.准备

点灯无疑需要对芯片的GPIO进行操作。需要对芯片进行操作，我们必须清楚使用的芯片型号以获取其官方的参考手册。

在运行平台上，使用

cat /proc/cpuinfo

查看cpu信息。 

如下所示，我使用的是 i.MX6 UltraLite，这样就可以去官网获得对应的手册了。

processor       : 0

model name      : ARMv7 Processor rev 5 (v7l)

BogoMIPS        : 3.00

Features        : half thumb fastmult vfp edsp neon vfpv3 tls vfpv4 idiva idivt vfpd32 lpae

CPU implementer : 0x41

CPU architecture: 7

CPU variant     : 0x0

CPU part        : 0xc07

CPU revision    : 5

 

Hardware        : Freescale i.MX6 UltraLite (Device Tree)

Revision        : 0000

Serial          : 0000000000000000

开发环境中也需要配置对应的工具链，完成诸如配置交叉编译工具、设置linux源码路径等工作，本文暂时不加赘述。

2.功能分析

对于不同的板级结构，操作led的逻辑也不同。我使用的led是共阳极的，所以点亮led需要将对应的GPIO置为低电平，连接led的GPIO为GPIO5_3.

查阅手册，我们需要做以下几个步骤才能使得GPIO置低：

1 使能对应GPIO的时钟

2 设置IO复用为GPIO功能

3 设置GPIO为输出模式

4 修改GPIO的数据寄存器，将对应位设置为0

3.驱动代码框架

该驱动为字符设备驱动，对于这类驱动，有较为统一的格式，入口函数、出口函数、设备号指定、文件操作函数、创建类与设备。

在linux中，一切皆为文件，对于设备的操作实际上就是一种文件操作。

我们需要定义一个文件操作结构体，其成员就是我们在对驱动文件进行对应操作时需要做的事情，即一个个函数。例如在应用程序使用open()打开驱动文件时，驱动程序会执行led_open()函数中的操作。

static struct file_operations led_fops ={

    .owner = THIS_MODULE,

    .write = led_write,

    .open = led_open,

};

那么我们就需要对函数进行具体的编写，使得驱动可以完成我们需要的事情：

这类函数的返回值、参数等内容可以参考其他字符驱动程序来进行编写。

static ssize_t led_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos){

    /*get data from app*/

    char val;

    copy_from_user(&val,buf,1);

    /*set gpio register output 1 or 0*/

    if(val ==  1){

        /*set gpio to make led on*/

        *GPIO5_DR &= 0x7;  //0111

    }

    else{

        /*set gpio to make led off*/

        *GPIO5_DR |= 0x8;   //1000

    }

    return 1;

}

static int led_open(struct inode *inode,struct file *filp){

    /*enable gpio

     configure pin as gpio mode

     configure gpio as output */

    //*CCM_CCGR1 default on

    *IOMUX &= ~0xf;//set as gpio mode

    *IOMUX |= 0x5;

    *GPIO5_GDIR |= (1<<3);//set the pin as output mode

    return 0;

}

其中，我对各类寄存器指针进行了定义，它们指向哪里需要参考你的芯片的手册。不过我们不能直接让他们指向物理地址，需要使用ioremap进行映射，让它们指向一个虚拟地址，我们在入口函数中进行。同时在入口函数中进行的还有注册设备、创建设备等操作：

static int __init led_init(void)

{

    printk("%s %s %d\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);

    /*register driver*/

    major = register_chrdev(0,"chk_led",&led_fops);//

    /*map the virtual address*/

    /*ioremap*/

 

    IOMUX = ioremap(0x02290000 + 0x14,4);

    CCM_CCGR1 = ioremap(0x020c4000 + 0x6c,4);

    GPIO5_GDIR = ioremap(0x020ac004,4);

    GPIO5_DR = ioremap(0x020ac000,4);

 

 

 

    /*class create*/

    /*system will automatically create /dev/myled */

    led_class = class_create(THIS_MODULE,"my_led");

    device_create(led_class, NULL, MKDEV(major,0),NULL,"myled");

 

 

 

    return 0;

}

这样，驱动程序进入时就会对你需要的寄存器进行映射，并且注册设备号，在/dev/下创建驱动文件。

有入口肯定有出口函数，用于在卸载驱动时取消注册设备号，并取消io设备的虚拟映射，最后销毁设备和类。

static void __exit led_exit(void){

    iounmap(IOMUX);

    iounmap(CCM_CCGR1);

    iounmap(GPIO5_GDIR);

    iounmap(GPIO5_DR);

    unregister_chrdev(major,"chk_led");

    /*destory the device created before:/dev/myled */

    /*destory the class*/

    device_destroy(led_class,MKDEV(major,0));

    class_destroy(led_class);

 

   

}

完整的驱动代码如下：

/*

    A Simple LED Driver

    char device driver

    hardware structure: VDD_3V3 --->|LED2---- GPIO5_3

    Chip:IMX6UL

    Author: chk

 

Enable GPIO5 clock    <CCM_CCGR1> 0x020c4000 + 0x6c    0x020c406c 

Configure the pad as GPIO mode    <IOMUX>  0x02290000 + 0x14 

Configure the pad as output mode     <GPIO5_GDIR>  0x020ac004

Write the value to registers     <GPIO5_DR>    0x020ac000

     a driver:

0.major

1.file_operations

2.register_chrdev

3.entrance

4.exit

*/

#include <linux/fs.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include <asm/io.h>

#include <linux/uaccess.h>

#include <linux/device.h>

static int major;

static struct class *led_class; 

static volatile unsigned int *IOMUX;

static volatile unsigned int *CCM_CCGR1;

static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;

static volatile unsigned int *GPIO5_DR;

//you can not use the physical address directly, need to re map to a virtual address

 

static ssize_t led_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos){

    /*get data from app*/

    char val;

    copy_from_user(&val,buf,1);

    /*set gpio register output 1 or 0*/

    if(val ==  1){

        /*set gpio to make led on*/

        *GPIO5_DR &= 0x7;  //0111

    }

    else{

        /*set gpio to make led off*/

        *GPIO5_DR |= 0x8;   //1000

    }

    return 1;

}

static int led_open(struct inode *inode,struct file *filp){

    /*enable gpio

     configure pin as gpio mode

     configure gpio as output */

    //*CCM_CCGR1 default on

    *IOMUX &= ~0xf;//set as gpio mode

    *IOMUX |= 0x5;

    *GPIO5_GDIR |= (1<<3);//set the pin as output mode

    return 0;

}

 

static struct file_operations led_fops ={

    .owner = THIS_MODULE,

    .write = led_write,

    .open = led_open,

};

 

 

/*init function*/

 

static int __init led_init(void)

{

    printk("%s %s %d\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);

    /*register driver*/

    major = register_chrdev(0,"chk_led",&led_fops);//

    /*map the virtual address*/

    /*ioremap*/

 

    IOMUX = ioremap(0x02290000 + 0x14,4);

    CCM_CCGR1 = ioremap(0x020c4000 + 0x6c,4);

    GPIO5_GDIR = ioremap(0x020ac004,4);

    GPIO5_DR = ioremap(0x020ac000,4);

 

 

 

    /*class create*/

    /*system will automatically create /dev/myled */

    led_class = class_create(THIS_MODULE,"my_led");

    device_create(led_class, NULL, MKDEV(major,0),NULL,"myled");

 

 

 

    return 0;

}

 

/*exit function*/

static void __exit led_exit(void){

    iounmap(IOMUX);

    iounmap(CCM_CCGR1);

    iounmap(GPIO5_GDIR);

    iounmap(GPIO5_DR);

    unregister_chrdev(major,"chk_led");

    /*destory the device created before:/dev/myled */

    /*destory the class*/

    device_destroy(led_class,MKDEV(major,0));

    class_destroy(led_class);

 

   

}

 

module_init(led_init);

module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

 

 

 

 

 

为了测试驱动程序，我们需要编写一个简单的应用程序来调用它：

//a test programme for my_led driver

//usage: ./ledtest /dev/myled on

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

 

 

int main(int argc,char **argv){

    int fd;

    char status = 0;

    

    if(argc != 3){

        printf("arg error\n");

        printf("usage eg: ./ledtest /dev/myled on");

        return -1;

    }

    fd = open(argv[1],O_RDWR);

    if(fd < 0){

        printf("can not open device %s\n",argv[1]);

        return -1;

    }

    

    if(strcmp(argv[2],"on") == 0){

        status = 1;

        

    }

    else{

        status = 0;

    }

    

    write(fd,&status,1);

 

 

 

 

    return 0;

}

应用程序中，调用open来打开驱动文件，用write来向内核空间传入值来控制寄存器。

编译的makefile如下,确保你已经配置好了环境变量：

KERN_DIR = your_path/Linux-4.9.88

 

all:

 

 

clean:

 

obj-m += led.o