Linux应用层例程1 点亮LED灯

⚫ 应用层控制外设的两种不同的方式；

在 Linux 系统下，一切皆文件！

方法一：驱动层设备文件控制外设

        包括字符设备文件和块设备文件，设备文件便是各种硬件设备向应用层提供的一个接口，应用层通过对设备文件的 I/O 操作来操控硬件设备，譬如 LCD 显示屏、串口、按键、摄像头等等，所以设备文件其实是与硬件设备相互对应的。设备文件通常在/dev/目录下，我们也把/dev 目录下的文件称为设备节点。

方法二：sysfs文件系统控制外设

sysfs 是一个基于内存的文件系统，同 devfs、proc 文件系统一样，称为虚拟文件系统；它的 作用是将内核信息以文件的方式提供给应用层使用。

sysfs 文件系统的主要功能便是对系统设备进行管理，它可以产生一个包含所有系统硬件层次的视图。

sysfs 文件系统挂载在/sys 目录下，

上图显示的便是 sysfs 文件系统中的目录，包括 block、bus、class、dev、devices、firmware、fs、kernel、 modules、power 等，每个目录下又有许多文件或子目录，对这些目录的说明如所示：

系统中所有的设备（对象）都会在/sys/devices 体现出来，是 sysfs 文件系统中最重要的目录结构；而 /sys/bus、/sys/class、/sys/dev 分别将设备按照挂载的总线类型、功能分类以及设备号的形式将设备组织存放在这些目录中，这些目录下的文件都是链接到了/sys/devices 中。

⚫ 控制 LED；

        Linux 内核中为了尽量降低驱动开发者难度以及接口标准化，就出现了设备驱动框架的概念；Linux 针对各种常见的设备进行分类，譬如 LED 类设备、输入类设备、FrameBuffer 类设备、video 类设备、PWM 设备等等，并为每一种类型的设备设计了一套成熟的、标准的、典型的驱动实现的框架，这个就叫做设备驱动框架。设备驱动框架为驱动开发和应用层提供了一套统一的接口规范，譬如对 LED 类设备来说，内核提供了 LED 设备驱动框架，驱动工程师编写 LED 驱动时，使用 LED 驱动框架来开发自己的 LED 驱动程序，这样做的好处就在于，能够对上层应用层提供统一、标准化的接口、同时又降低了驱动开发工程师的难度。

        

        编写 LED 驱动程序并不仅仅只能使用内核设计的 LED 设备驱动框架，不用内核的 LED 驱动框架也是可以开发出 LED 驱动程序的，但如果你这样写，使用这个驱动程序注册的 LED 那就不是标准设备了，因为该驱动程序向应用层提供的接口并不是统一、标准化接口

        （杂项类的由来）除此之外，还有很多硬件外设，尤其是嵌入式系统中所使用到的这些硬件外设，它们可能并不属于 Linux 系统所规划的设备分类当中的任何一种设备类型，譬如在 Linux 系统中，有一种设备类型叫杂散/杂项类设备（misc device），大家可以想一想为啥叫杂散类设备，说明这种设备既不属于这种设备类型、又不属于另一种设备类型，无奈只能把它归为杂项类。

        对于 ALPHA/Mini I.MX6U 开发板出厂系统来说，此 LED 设备使用的是 Linux 内核标准 LED 驱动框架注册而成，在/dev 目录下并没有其对应的设备节点，其实现使用 sysfs 方式控制。进入到/sys/class/leds 目录下

 

这里我们主要关注便是 brightness、max_brightness 以及 trigger 三个文件，这三个文件都是 LED 设备的属性文件：

⚫ brightness：翻译过来就是亮度的意思，该属性文件可读可写；所以这个属性文件是用于设置 LED 的亮度等级或者获取当前 LED 的亮度等级，譬如 brightness 等于 0 表示 LED 灭，brightness 为正整数表示 LED 亮，其值越大、LED 越亮；对于 PWM 控制的 LED 来说，这通常是适用的，因为它存在亮度等级的问题，不同的亮度等级对应不同的占空比，自然 LED 的亮度也是不同的；但对于 GPIO 控制（控制 GPIO 输出高低电平）的 LED 来说，通常不存在亮度等级这样的说法，只有 LED 亮（brightness 等于 0）和 LED 灭（brightness 为非 0 值的正整数）两种状态，ALPHA/Mini I.MX6U 开发板上的这颗 LED 就是如此，所以自然就不存在亮度等级一说，只有亮和灭两种亮度等级。

⚫ max_brightness：该属性文件只能被读取，不能写，用于获取 LED 设备的最大亮度等级。

⚫ trigger：触发模式，该属性文件可读可写，读表示获取 LED 当前的触发模式，写表示设置 LED 的触发模式。不同的触发模式其触发条件不同，LED 设备会根据不同的触发条件自动控制其亮、灭状态，通过 cat 命令查看该属性文件，可获取 LED 支持的所有触发模式以及 LED 当前被设置的触发模式：

        方括号（[heartbeat]）括起来的表示当前 LED 对应的触发模式，none 表示无触发，常用的触发模式包括 none（无触发）、mmc0（当对 mmc0 设备发起读写操作的时候 LED 会闪烁）、timer（LED 会有规律的一亮一灭，被定时器控制住）、heartbeat（心跳呼吸模式，LED 模仿人的心跳呼吸那样亮灭变化）。（四种触发方式）

echo timer > trigger    //将 LED 触发模式设置为 timer

echo none > trigger    //将 LED 触发模式设置为 none

echo 1 > brightness    //点亮 LED echo 0 > brightness//熄灭 LED

编写 LED 应用程序  

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#define LED_TRIGGER "/sys/class/leds/sys-led/trigger"
#define LED_BRIGHTNESS "/sys/class/leds/sys-led/brightness"
#define USAGE() fprintf(stderr, "usage:\n" \
 " %s <on|off>\n" \
 " %s <trigger> <type>\n", argv[0], argv[0])
int main(int argc, char *argv[])
{
 int fd1, fd2;

 /* 校验传参 */
 if (2 > argc) {
 USAGE();
 exit(-1);
 }

 /* 打开文件 */
 fd1 = open(LED_TRIGGER, O_RDWR);
 if (0 > fd1) {
 perror("open error");
 exit(-1);
 }
 fd2 = open(LED_BRIGHTNESS, O_RDWR);
 if (0 > fd2) {
 perror("open error");
 exit(-1);
 }

 /* 根据传参控制 LED */
 if (!strcmp(argv[1], "on")) {
 write(fd1, "none", 4); //先将触发模式设置为 none
 write(fd2, "1", 1); //点亮 LED
 }
 else if (!strcmp(argv[1], "off")) {
 write(fd1, "none", 4); //先将触发模式设置为 none
 write(fd2, "0", 1); //LED 灭
 }
 else if (!strcmp(argv[1], "trigger")) {
 if (3 != argc) {
 USAGE();
 exit(-1);
 }
 if (0 > write(fd1, argv[2], strlen(argv[2])))
 perror("write error");
 }
 else
 USAGE();
 exit(0);
}

        程序中定义了两个宏，LED_TRIGGER 和 LED_BRIGHTNESS，分别对应/sys/class/leds/sys-led/trigger 和 /sys/class/leds/sys-led/brightness 属性文件，宏 USAGE()用于打印程序的使用方法；程序首先会调用 open()函数打开这两个属性文件，之后判断传入参数指向相应的动作，传入"on"表示点亮 LED，先调用 write()将"none" 写入到 trigger 属性文件中，也就是设置为无触发，接着再向 brightness 属性文件中写入"1"点亮 LED；传入 "off"表示熄灭 LED，同样也是先调用 write()将"none"写入到 trigger 属性文件设置 LED 为无触发，接着再向 brightness 属性文件中写入"0"熄灭 LED；传入"trigger"表示设置 LED 的触发模式，则需要传入第二个参数， 第二个参数表示需要设置的模式。

./testApp on   # 点亮 LED

./testApp off   # 熄灭 LED

./testApp trigger heartbeat   # 将 LED 触发模式设置为 heartbeat