IMX6ULL开发平台Linux-LED实验

原创
08/10 11:21
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在前面的章节中,我们学习了解了字符设备驱动,以及如何在设备树文件中添加设备信息,接下来就来看一下i.MX6UL终结者开发板的实际硬件是如何添加的。我们先以最简单的LED设备来看一下具体的注册流程。

36.1 LED设备注册流程

在i.MX6UL终结者开发板上有一个LED设备,如果想要通过Linux系统/dev目录下的设备节点来控制LED,就需要在内核中添加LED的驱动,具体的流程可以分为下面几个步骤:
① 硬件原理图分析,确定控制LED的GPIO信息。
② 根据GPIO信息在设备树文件中添加pinctrl信息
③ 在设备树中创建LED的设备节点,并加入GPIO信息
④ 编写LED设备驱动程序
接下来根据上面这四步来添加一下LED的设备驱动。

36.2 LED硬件原理图分析

LED设备的硬件原理图如下所示:
LED设备的原理图很简单,LED一端接3.3V电源,另一端为控制引脚:GPIO_3,通过控制GPIO_3的高低电平来控制LED的亮灭。所以我们确认LED设备只使用了一个控制引脚:GPIO_3。

36.3 修改设备树文件

在引脚原理图分析中确认了LED的控制GPIO信息,接下来就要修改设备树文件。

36.3.1 添加pinctrl信息

在i.MX6UL终结者开发板中使用GPIO_3这个引脚来控制LED设备。打开topeet_emmc_4_3.dts文件在iomux节点的imx6ul-evk子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点,具体内容如下:
&iomuxc {
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
        imx6ul-evk {
pinctrl_led: gpio-led {
fsl,pins = ;
};
}
};
在pinctrl_gpio_leds节点中将GPIO_3引脚的复用功能定义为GPIO1_IO03,即为一个普通的输入输出引脚。宏定义MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03定义在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h目录下。

36.3.2 添加LED设备节点

在topeet_emmc_4_3.dts文件下,在根节点“/”下创建LED节点,节点名为“gpioled”,具体内容如下:
1 gpioled {
2  #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <1>;
4 compatible = "gpioled";
5 pinctrl-names = "default";
6 pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
7 led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
8 status = "okay";
9 };
第6行,pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的GPIO对应的 pinctrl 节点。
第7行,led-gpio属性指定了LED使用的GPIO为GPIO1的IO3引脚,低电平有效,在驱动程序中会获取led-gpio属性的内容来得到GPIO编号,因为gpio子系统的操作控制函数需要GPIO编号。
添加完LED的设备节点后,还有一个重要的步骤,就是检查GPIO引脚有没有被其他设备使用。一个引脚只能配置成一个功能,如果有其他设备也使用了这个GPIO,那么会导致在LED驱动程序中GPIO初始化失败。这一点非常重要。
检查GPIO引脚有没有被其他设备使用包括两个方面:
① 检查pinctrl设置
② 检查这个GPIO有没有被别的设备使用
LED设备使用的是GPIO1_IO03,首先检查GPIO1_IO03这个引脚有没有其他pinctrl节点的设置。在topeet_emmc_4_3.dts文件中找到了如下内容:
pinctrl_tsc: tscgrp {
      fsl,pins = <
               MX6UL_PAD_GPIO1_IO01__GPIO1_IO01        0xb0
               MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02        0xb0
               MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03        0xb0
               MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04        0xb0
              >;
  };
GPIO1_IO03引脚也在pinctrl_tsc节点中定义了,pinctrl_tsc 节点是 TSC(电阻触摸屏接口)的 pinctrl 节点,而在i.MX6UL终结者开发板中并没有用到这个接口,因此我们要将pinctrl_tsc节点下的GPIO1_IO03引脚的定义注释掉。和 C 语言一样,在要屏蔽的内容前后加上“/*”和“*/”符号即可。
既然有其他设备配置了GPIO1_IO03引脚的pinctrl信息,应该会有使用使用这个pinctrl节点的设备节点,在topeet_emmc_4_3.dts文件中查找一下pinctrl_tsc或者直接查找“gpio1 3”,查找内容如下:
 
1 &tsc {
2        pinctrl-names = "default";
3        pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc>;
4        xnur-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
5        measure-delay-time = <0xffff>;
6        pre-charge-time = <0xfff>;
7        status = "disabled";
8 };
可以看出第4行xnur-gpio属性使用了“gpio1 3”,同意需要把这一行也注释掉。然后继续按照上面步骤搜索,看看还有没有其他设备使用了GPIO1_IO03引脚。
设备树编写完成以后使用“make dtbs”命令重新编译设备树,然后使用新编译出来的 topeet_emmc_4_3.dtb 文件启动 Linux 系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“gpioled”节点是否存在,如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体作用还要驱动验证),结果如下图所示:

请继续:IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(二)

上部分内容IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(一)36.4 编写LED驱动程序

本实验例程路径:i.MX6UL终结者光盘资料/06_Linux驱动例程/02_gpioled
在设备树文件中添加完LED设备信息后,就可以编写LED的驱动程序了,创建gpioled.c文件,具体驱动内容如下所示:
  1   #include
  2   #include
  3   #include
  4   #include
  5   #include
  6   #include
  7   #include
  8   #include
  9   #include
10   #include
11   #include
12   #include
13   #include
14   #include
15   #include
16   #include
17
18   #define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
19   #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
20   #define LEDOFF 0 /* 关灯 */
21   #define LEDON 1 /* 开灯 */
22
23   /* gpioled 设备结构体 */
24   struct gpioled_dev{
25         dev_t devid; /* 设备号 */
26         struct cdev cdev; /* cdev */
27         struct class *class; /* 类 */
28         struct device *device; /* 设备 */
29         int major; /* 主设备号 */
30         int minor; /* 次设备号 */
31         struct device_node *nd; /* 设备节点 */
32         int led_gpio; /* led 所使用的 GPIO 编号 */
33   };
34
35   struct gpioled_dev gpioled; /* led 设备 */
36
37   /*
38    * @description : 打开设备
39    * @param – inode : 传递给驱动的 inode
40    * @param – filp : 设备文件,file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量
41    * 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。
42    * @return : 0 成功;其他 失败
43    */
44   static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
45   {
46         filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
47         return 0;
48   }
49
50   /*
51    * @description : 从设备读取数据
52    * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
53    * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
54    * @param - cnt : 要读取的数据长度
55    * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
56    * @return : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
57    */
58   static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
59                 size_t cnt, loff_t *offt)
60   {
61         return 0;
62   }
63
64   /*
65    * @description : 向设备写数据
66    * @param - filp : 设备文件,表示打开的文件描述符
67    * @param - buf : 要写给设备写入的数据
68    * @param - cnt : 要写入的数据长度
69    * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
70    * @return : 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
71    */
72   static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
73                 size_t cnt, loff_t *offt)
74   {
75         int retvalue;
76         unsigned char databuf[1];
77         unsigned char ledstat;
78         struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
79
80         retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
81         if(retvalue < 0) {
82                 printk("kernel write failed!\r\n");
83                 return -EFAULT;
84         }
85
86         ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
87
88         if(ledstat == LEDON) {
89                 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开 LED 灯 */
90         } else if(ledstat == LEDOFF) {
91                 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭 LED 灯 */
92         }
93         return 0;
94   }
95
96   /*
97    * @description : 关闭/释放设备
98    * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
99    * @return : 0 成功;其他 失败
100    */
101   static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
102   {
103         return 0;
104   }
105
106   /* 设备操作函数 */
107   static struct file_operations gpioled_fops = {
108         .owner = THIS_MODULE,
109         .open = led_open,
110         .read = led_read,
111         .write = led_write,
112         .release = led_release,
113   };
114
115   /*
116    * @description : 驱动入口函数
117    * @param : 无
118    * @return : 无
119    */
120   static int __init led_init(void)
121   {
122         int ret = 0;
123
124         /* 设置 LED 所使用的 GPIO */
125         /* 1、获取设备节点:gpioled */
126         gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
127         if(gpioled.nd == NULL) {
128                 printk("gpioled node cant not found!\r\n");
129                 return -EINVAL;
130         } else {
131                 printk("gpioled node has been found!\r\n");
132         }
133
134         /* 2、 获取设备树中的 gpio 属性,得到 LED 所使用的 LED 编号 */
135         gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
136         if(gpioled.led_gpio < 0) {
137                 printk("can't get led-gpio");
138                 return -EINVAL;
139         }
140         printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
141
142        /* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出,并且输出高电平,默认关闭 LED 灯 */
143         ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
144         if(ret < 0) {
145                 printk("can't set gpio!\r\n");
146         }
147
148         /* 注册字符设备驱动 */
149         /* 1、创建设备号 */
150         if (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */
151                 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
152                 register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT,
153                                 GPIOLED_NAME);
154         } else { /* 没有定义设备号 */
155                 alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT,
156                                 GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
157                 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
158                 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
159         }
160         printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,
161                         gpioled.minor);
162
163         /* 2、初始化 cdev */
164         gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
165         cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
166
167         /* 3、添加一个 cdev */
168         cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
169
170         /* 4、创建类 */
171         gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
172         if (IS_ERR(gpioled.class)) {
173                 return PTR_ERR(gpioled.class);
174         }
175
176         /* 5、创建设备 */
177         gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,
178                         gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
179         if (IS_ERR(gpioled.device)) {
180                 return PTR_ERR(gpioled.device);
181         }
182         return 0;
183   }
184
185   /*
186      189 * @description : 驱动出口函数
187    * @param : 无
188    * @return : 无
189    */
190   static void __exit led_exit(void)
191   {
192         /* 注销字符设备驱动 */
193         cdev_del(&gpioled.cdev); /* 删除 cdev */
194         unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销 */
195
196         device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
197         class_destroy(gpioled.class);
198   }
199
200   module_init(led_init);
201   module_exit(led_exit);
202   MODULE_LICENSE("GPL");
203   MODULE_AUTHOR("topeet");
第24~33行,创建一个led的设备结构体,包含一些私有数据。
第46行,当使用open函数时,将设备结构体变量 gpioled 设置为 filp 的私有数据 private_data。
第72~94行,实现write函数,函数中根据指令选择打开或关闭LED灯。
第135行,通过函数 of_get_named_gpio 函数获取 LED 所使用的 LED 编号。相当于将gpioled 节点中的“led-gpio”属性值转换为对应的 LED 编号。
第171、177行,创建类和设备,实现模块加载时自动在/dev目录下创建设备文件。

36.5 编写应用测试程序

创建应用测试程序gpioled_test.c,内容如下:
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
 
#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;
}
gpioled_test.c应用测试程序还是比较简单的,就是对LED驱动的打开、关闭、写操作,在运行程序时需要指定设备文件名称和要执行的操作。

36.6 编译运行测试36.6.1 编译LED驱动文件

和前面章节中驱动测试程序一样需要一个Makefile文件,只是将obj-m的值改为gpioled.o,Makefile文件内容如下:
KERNELDIR := /home/topeet/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := gpioled.o
 
build: kernel_modules
 
kernel_modules:
        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
首先我们在终端输入两个命令(设置两个环境变量):
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
然后执行“make”命令编译模块,编译完成生成gpioled.ko,如下图所示:

36.6.2 编译应用测试程序

输入如下命令编译应用测试程序:
arm-linux-gnueabihf-gcc  -o  gpioled_test  gpioled_test.c
编译完成后,会生成gpioled_test可执行文件。如下图所示:

36.6.3 运行测试

启动开发板,将编译好的gpioled.ko驱动模块和gpioled_test应用测试文件拷贝到/lib/modules/4.1.15目录下(检查开发板根文件系统中有没有“/lib/modules/4.1.15”这个目录,如果没有的话需要自行创建一下。开发板中使用的是光盘资料里面提供的busybox文件系统,光盘资料的“i.MX6UL终结者光盘资料\08_开发板系统镜像\03_文件系统镜像\01_Busybox文件系统”目录下)。输入下面命令加载模块:
depmod
modprobe gpioled
驱动加载成功后,显示下面的信息:
可以看出模块加载成功,打印了一下基本信息。
然后使用gpioled_test应用测试程序来进行测试LED驱动是否可行。执行下面的命令来打开LED灯:
./gpioled_test /dev/gpioled 1
然后观察开发板上的LED红灯是否点亮,如果点亮的话,说明驱动工作正常。
然后输入下面的命令关闭LED灯:
./gpioled_test /dev/gpioled 0
观察LED灯是否熄灭。
卸载驱动使用下面的命令:
rmmod gpioled
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