嵌入式Linux驱动开发基础-2 LED驱动

imx6ull中GPIO涉及寄存器

1：CCM寄存器

GPIOx 要用 CCM_CCGRy 寄存器中的 2 位来决定该组 GPIO 是否使能。哪组 GPIO 用哪个 CCM_CCGR 寄存器来设置。

CCM_CCGR 寄存器中某 2 位的取值含义如下：

00 ：该 GPIO 模块全程被关闭

01 ：该 GPIO 模块在 CPU run mode 情况下是使能的；在 WAIT 或 STOP

模式下，关闭

10 ：保留

11 ：该 GPIO 模块全程使能

2：引脚功能寄存器

对于某个/ 某组引脚， IOMUXC 中有 2 个寄存器用来设置它：选择功能：

a) IOMUXC_SW_ MUX _CTL_ PAD _< PADNAME > ： Mux pad xxx ，选择某个 pad 的功能

b) IOMUXC_SW_ MUX _CTL_ GRP _< GROUP NAME > ： Mux grp xxx ，选择某组引脚的功能

某个引脚，或是某组预设的引脚，都有 8 个可选的模式 (alternate (ALT) MUX_MODE)。

设置上下拉电阻等参数：

a) IOMUXC_SW_ PAD _CTL_ PAD _< PAD_NAME > ： pad pad xxx ，设置某个 pad 的参数

b) IOMUXC_SW_ PAD _CTL_ GRP _< GROUP NAME > ： pad grp xxx ，设置某组引脚的参数

3:GPIO模块内部

我们暂时只需要关心 3 个寄存器：

1）GPIOx_GDIR ：设置引脚方向，每位对应一个引脚， 1-output ， 0-input

2）GPIOx_DR ：设置输出引脚的电平，每位对应一个引脚， 1- 高电平， 0- 低电平

3）GPIOx_PSR：读取引脚的电平，每位对应一个引脚，1-高电平，0-低电平

4：总结

1）读GPIO

设置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能对应的 GPIO 模块 // 默认是使能的，

设置 IOMUX 来选择引脚用于 GPIO

设置 GPIOx_GDIR 中某位为 0 ，把该引脚设置为输入功能

读 GPIOx_DR 或 GPIOx_PSR 得到某位的值（读 GPIOx_DR 返回的是 GPIOx_PSR 的值）

2）写GPIO

设置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能对应的 GPIO 模块 // 默认是使能的，

设置 IOMUX 来选择引脚用于 GPIO

设置 GPIOx_GDIR 中某位为 1 ，把该引脚设置为输出功能

写 GPIOx_DR 某位的值

2：代码编写

2.1：字符设备驱动程序框架

写驱动程序的套路：

确定主设备号，也可以让内核分配
定义自己的 file_operations 结构体
实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数，填入 file_operations 结构体
把 file_operations 结构体告诉内核：register_chrdev
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
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

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。

驱动怎么和 APP 传输数据？

◼ 通过 copy_to_user、copy_from_user 这 2 个函数

2.2:代码逻辑图

2.2：实现功能

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 。

⚫ 再编写测试程序。

2.2.1：确定主设备号。

/* 1. 确定主设备号*/

static int major = 0;

//后续在入口函数中，使用下列代码：注册函数进行分配

major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);

2.2.2：定义自己的 file_operations 结构体

static struct file_operations led_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.write = led_write,

.open = led_open,

};

2.2.3：实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数，

注：我们现在编写的函数属于驱动函数，那么我们在串口掉用这些函数时，

串口那边，我们属于APP

而这些驱动属于 “内核”

我们串口调用read函数 len = read(fd, buf, 1024);时，我们是需要把kernel_buf的数据读到buf中。所以在这read代码中，我们使用 err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));这行代码，将kernel_buf写入到buf中。

我们串口调用write函数 write(fd, argv[2], len);时，是把argv[2]的数据写入到kernel_buf中。所以在这write代码中，我们使用 err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));这行代码，将buf也就是argv[2]写入到kernel_buf中。

注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。

static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;

static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;

static volatile unsigned int *GPIO5_DR;

这是我们需要操作的三个寄存器，IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3在open函数中，将PIN配置为GPIO模式，GPIO5_GDIR在open函数中被配置为输出模式，GPIO5_DR根据用户传输的数据来点亮或者熄灭LED。

因为驱动不能直接访问硬件地址，所以我们在后续入口函数中，会使用ioremap函数将物理地址映射至三个定义中，这样后续对三个定义的操作就类似于直接对物理地址进行操作。

/* 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;

}

2.2.4：把 file_operations 结构体告诉内核：register_chrdev
2.2.5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：

3.4和3.5可同时在入口函数中实现，安装驱动程序时，系统去调用这个入口函数，这是直接在入口函数中直接将结构体告诉内核.

并且在这里我们还需要将物理地址进行映射，这样后续open和write可以直接对硬件进行操作

/* 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;

}

2.2.6：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

将映射地址也进行消除

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");

}

3.1.7：其他完善：提供设备信息，

自动创建设备节点：class_create, device_creat

/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2.3：全部代码

2.3.1：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 + 0x14IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x02290000 + 0x14, 4);// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC004, 4);//GPIO5_DR 地址：0x020AC000GPIO5_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");

2.3.2 led_test.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 offint 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;}// openfd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd < 0){printf("can not open %s\n", argv[0]);return -1;}// writeif (strcmp(argv[2], "on") == 0){status = 1;}write(fd, &status, 1);return 0;	
}

2.3.3: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-4.9.88all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f ledtestobj-m	+= led_drv.o