Linux驱动控制LED-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/hackerbird/article/details/147097000

声明

本博客所记录的关于正点原子i.MX6ULL开发板的学习笔记，（内容参照正点原子I.MX6U嵌入式linux驱动开发指南，可在正点原子官方获取正点原子Linux开发板 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档），旨在如实记录我在学校学习该开发板过程中所遭遇的各类问题以及详细的解决办法。其初衷纯粹是为了个人知识梳理、学习总结以及日后回顾查阅方便，同时也期望能为同样在学习这款开发板的同学或爱好者提供一些解决问题的思路和参考。我尽力保证内容的准确性和可靠性，但由于个人知识水平和实践经验有限，若存在错误或不严谨之处，恳请各位读者批评指正。

责任声明：虽然我力求提供有效的问题解决办法，但由于开发板使用环境、硬件差异、软件版本等多种因素的影响，我的笔记内容不一定适用于所有情况。对于因参考本笔记而导致的任何直接或间接损失，我不承担任何法律责任。使用本笔记内容的读者应自行承担相关风险，并在必要时寻求专业技术支持。

一、驱动框架搭建

1.1 模块设置

首先是模块加载、注销、添加LICENSE和作者信息

module_init(led_init);

module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("mayachao");

1.2.设置注册和注销字符设备驱动函数

注册：

LED_MAJOR：主设备号，LED_NAME：主设备名，结构体 file_operations 类型指针，指向设备的操作函数集合变量。

#define LED_MAJOR          200        /* 主设备号 */

#define LED_NAME           "led"     /* 设备名字 */

static int __init led_init(void)

{

    int retvalue = 0;

    /* 注册字符设备驱动 */

    retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);

    if(retvalue < 0){

           printk("register chrdev failed!\r\n");

           return -EIO;

    }

    return 0;

}

注销：

static void __exit led_exit(void)

{

    /* 注销字符设备驱动 */

    unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);

}

1.3.设置设备操作函数

/* 设备操作函数 */

static struct file_operations led_fops = {

    .owner = THIS_MODULE,

    .open = led_open,

    .read = led_read,

    .write = led_write,

    .release =     led_release,

};

1.4.实现对应的驱动函数

#define LEDOFF 0                          /* 关灯 */

#define LEDON    1                          /* 开灯 */

/*

 * @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)

{

    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;

}

二、内存映射

2.1.物理空间和虚拟空间映射函数

2.1.1 ioremap函数

ioremap 函数用于获取指定物理地址空间对应的虚拟地址空间。ioremap 是个宏，有两个参数： cookie 和 size，真正起作用的是函数__arm_ioremap，此函数有三个参数和一个返回值，这些参数和返回值的含义如下：

phys_addr：要映射的物理起始地址。

size：要映射的内存空间大小。

mtype：ioremap的类型，可以选择 MT_DEVICE、 MT_DEVICE_NONSHARED、MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC，ioremap 函数选择 MT_DEVICE。

返回值： __iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址

对于IMX6ULL开发板的LED需要用到的5个寄存器和物理地址：

/* 寄存器物理地址 */

#define CCM_CCGR1_BASE                         (0X020C406C)  

#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE        (0X020E0068)

#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE          (0X020E02F4)

#define GPIO1_DR_BASE                       (0X0209C000)

#define GPIO1_GDIR_BASE                          (0X0209C004)

使用ioremap函数映射：

/* 映射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;

    /* 寄存器地址映射 */

  IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);

    SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);

  SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);

    GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);

    GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);

2.1.2 iounmap函数

卸载驱动的时候需要使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射 iounmap 只有一个参数 addr，此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。

    /iounmap取消映射 */

    iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);

    iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);

    iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);

    iounmap(GPIO1_DR);

    iounmap(GPIO1_GDIR);

2.1.3 I/O内存访问函数

这里说的 I/O 是输入/输出的意思，并不是我们学习单片机的时候讲的 GPIO 引脚。这里涉及到两个概念： I/O 端口和 I/O 内存。当外部寄存器或内存映射到 IO 空间时，称为 I/O 端口。当外部寄存器或内存映射到内存空间时，称为 I/O 内存。但是对于 ARM 来说没有 I/O 空间这个概念，因此 ARM 体系下只有 I/O 内存(可以直接理解为内存)。

1、读操作函数

u8 readb(const volatile void __iomem *addr)

u16 readw(const volatile void __iomem *addr)

u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

readb、 readw 和 readl 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 读操作，参数 addr 就是要读取写内存地址，返回值就是读取到的数据。

2、写操作函数

void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)

void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)

void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

writeb、 writew 和 writel 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 写操作，参数 value 是要写入的数值， addr 是要写入的地址。

三、初始化LED和测试APP

3.1初始化LED

在注册函数里面初始化LED

static int __init led_init(void)

{

    int retvalue = 0;

    u32 val = 0;



    /* 初始化LED */

    /* 1、寄存器地址映射 */

         IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);

           SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);

         SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);

           GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);

           GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);



    /* 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);



    /* 6、注册字符设备驱动 */

    retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);

    if(retvalue < 0){

           printk("register chrdev failed!\r\n");

           return -EIO;

    }

    return 0;

}

3.2测试APP

#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

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 */



      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;

}

四、运行测试

4.1编译驱动程序

编写 Makefile 文件，本章实验的 Makefile 文件和第四十章实验基本一样，只是将 obj-m 变量的值改为 led.o， Makefile 内容如下所示：

KERNELDIR := /home/mayachao/linux/IMX6ULL/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek

CURRENT_PATH := $(shell pwd)

                



obj-m := led.o



build: kernel_modules



kernel_modules:

    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules



clean:

    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

输入make命令编译出驱动模块文件

4.2.编译测试 APP

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

编译成功以后就会生成 ledApp 这个应用程序。

4.3.加载 led.ko 驱动模块

将编译出来的led.ko和ledApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中，重启开发板，进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 led.ko 驱动模块：

depmod

modprob led.ko

驱动加载成功以后创建“/dev/led”设备节点:

Mknod /dev/led c 200 0

驱动节点创建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/led 1

关闭 LED 灯：

./ledApp /dev/led 0

如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod led.ko

五、完整代码

5.1.led.c

#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 <asm/mach/map.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include <asm/io.h>



#define LED_MAJOR          200        /* 主设备号 */

#define LED_NAME           "led"     /* 设备名字 */



#define LEDOFF 0                          /* 关灯 */

#define LEDON    1                          /* 开灯 */



/* 寄存器物理地址 */

#define CCM_CCGR1_BASE                         (0X020C406C)  

#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE        (0X020E0068)

#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE          (0X020E02F4)

#define GPIO1_DR_BASE                       (0X0209C000)

#define GPIO1_GDIR_BASE                          (0X0209C004)



/* 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;



/*

 * @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)

{

    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 led_fops = {

    .owner = THIS_MODULE,

    .open = led_open,

    .read = led_read,

    .write = led_write,

    .release =     led_release,

};



/*

 * @description     : 驱动入口函数

 * @param            : 无

 * @return            : 无

 */

static int __init led_init(void)

{

    int retvalue = 0;

    u32 val = 0;



    /* 初始化LED */

    /* 1、寄存器地址映射 */

         IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);

    SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);

         SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);

    GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);

    GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);



    /* 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);



    /* 6、注册字符设备驱动 */

    retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);

    if(retvalue < 0){

           printk("register chrdev failed!\r\n");

           return -EIO;

    }

    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 */

    unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);

}



module_init(led_init);

module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("mayachao");

5.2.ledApp.c

#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;

}

5.3.Makefile

KERNELDIR := /home/mayachao/linux/IMX6ULL/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek

CURRENT_PATH := $(shell pwd)

                



obj-m := led.o



build: kernel_modules



kernel_modules:

    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules



clean:

    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean