嵌入式系统开发之驱动篇001——LED驱动

最新推荐文章于 2024-04-07 22:32:24 发布

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图解嵌入式系统开发之驱动篇：LED驱动

LED驱动可以说是驱动界的 “Hello world”，学习嵌入式开发的人无一例外都会先尝试该实验，虽然看上去非常简单，但是可以帮助你熟悉驱动开发的基本流程。本节就从点亮LED来带领大家进入嵌入式开发的大门。内容以华硕tinker board平台来讲解，好了，废话不多说，接下来就是干干干。
实验平台详见：有没有国产的类似树莓派这样的廉价linux主机？ - 知乎

硬件层面：

(图一 LED 原理图)

led的硬件连接很简单，负极通过一个限流电阻连接到地，正极接到主控的一个GPIO口上（GPIO1_D0），只要IO拉高，LED就被点亮。所以，我们本节课要做的只有一件事情，那就是穷尽各种手段让这个IO口拉高就就好了。

IC层面：

（图二 GPIO口的内部图）

GPIO的内部结构如上图，也是非常的简单，一个方向寄存器控制IO口作为输入还是输出，一个数据寄存器，数据寄存器控制输出电平（数据寄存器写1：IO输出高电平，相反，写0：输出低电平）。或保存输入值（gpio作为输入使用时），所以我们软件要做的就是去配置这两个寄存器。

该开发板使用的瑞芯微公司的旗舰级主控RK3288(内部继承了4个A17的ARM内核，最高频率可达1.8G)，通过查看芯片的数据手册，我们可以找到上述GPIO1寄存器的基地址地址为0xff780000，数据寄存器偏移为0（所以，其完整地址0xff780000）,方向寄存器的偏移为4（完整地址为0xff780004)。这样我们可以在系统中通过io命令直接设置这两个寄存器的值。

（方式一）在文件系统中通过io命令点亮led

io -4 0xff780004  0x1000000 (设置gpio1_d0方向为输出)
io -4 0xff780000  0x1000000 （设置gpio1_d0输出高电平）

然后led等就被点亮了。

(方式二)编写内核驱动，通过操作寄存器，点亮LED。

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/ioport.h>

//GPIO1 base address according to rk3288 datasheet
#define GPIO1_BASE 0xff780000

// GPIO register map define
struct gpio {
	u32 data; //gpio data register
	u32 direction;//gpio direction register
} *gpio1;

//led module init。
int __init led_init(void)
{
	//remap the gpio1 physic address to virtual address
	gpio1 = (struct gpio *)ioremap(GPIO1_BASE, 8);

	//write 1 at bit24 to set gpio1_b0 direction as output
	writel(1 << 24, &gpio1->direction);
	//write 1 at bit24 to set gpio1_b0 as high
	writel(1 << 24, &gpio1->data);

	return 0;
}
//led module exit. 
void __exit led_exit(void)
{
	//Cancel gpio1 remap
	iounmap(gpio1);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_AUTHOR("Eric Gao");
MODULE_LICENSE("GPL");

如上，该代码关键部分就两句。

（1）writel(1 << 24, &gpio1->direction);
设置gpio1_b0方向为输出
（2）writel(1 << 24, &gpio1->data);
设置gpio1_b0输出高电平

其他的部分都是作为一个内核驱动模块的模板式代码，这里不在赘述。

(方式三) 在文件系统中，通过内核提供的接口操作GPIO
进入文件系统，可以在/sys/class/gpio/ 目录下看到如下文件及目录。

以上就是内核提供的gpio接口，通过该接口点亮led的过程非常简单。要注意的一点是gpio的标记方式，比如我们led接的是GPIO1_d0, 那么这里该gpio的标号就是（1*32 + 3*8 = 56）如下。

（1）echo 56 > export （将标号为56的GPIO导出到文件系统）

执行上述命令会在/sys/class/gpio/会自动生成gpio56文件夹，文件夹内包含了我们可以读写的一些gpio的属性，包括方向，输出电平等。

（2）echo out > gpio56/direction(设置gpio方向为输出)

（3）echo 1 > gpio56/value (使该GPIO输出高电平)

然后，LED就成功被点亮了。

(方式四) 通过用户态程序结合内核GPIO接口实现LED闪烁

led.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
  system("echo 56 > /sys/class/gpio/unexport");
  system("echo 56 > /sys/class/gpio/export");
  system("echo 'out' > /sys/class/gpio/gpio56/direction");
  while (1) {
    system("echo 0 > /sys/class/gpio/gpio56/value");
    usleep(500000);
    system("echo 1 > /sys/class/gpio/gpio56/value");
    usleep(500000);
  }
  system("echo 56 > /sys/class/gpio/unexport");

  return 0;
}

上述代码通过内核gpio接口实现led等的闪烁控制。编译方式如下。