【Linux设备树–IMX6ULL】设备树下的 LED 驱动实验

【Linux设备树–IMX6ULL】设备树下的 LED 驱动实验

1.设备树 LED 驱动原理

在《新字符设备驱动实验》中,我们直接在驱动文件 newchrled.c 中定义有关寄存器物理地址,然后使用 io_remap 函数进行内存映射,得到对应的虚拟地址,最后操作寄存器对应的虚拟地址完成对 GPIO 的初始化。本章我们在基础上完成

本章我们使用设备树来向 Linux 内核传递相关的寄存器物理地址,Linux 驱动文件使用OF函数从设备树中获取所需的属性值,然后使用获取到的属性值来初始化相关的 IO。本章实验重点内容如下:
①、在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中创建相应的设备节点。
②、编写驱动程序,获取设备树中的相关属性值。
③、使用获取到的有关属性值来初始化 LED 所使用的 GPIO。

重点是将驱动改为基于设备树的.

2.修改并编译设备树文件

在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点,打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件,在根节点“/”最后面输入如下所示内容:

alphaled {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "atkalpha-led";
    status = "okay";
    reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */
        0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */
        0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
        0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */
        0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */
};

第 2、3 行,属性#address-cells 和#size-cells 都为 1,表示 reg 属性中起始地址占用一个字长(cell),地址长度也占用一个字长(cell)。
第 4 行,属性 compatbile 设置 alphaled 节点兼容性为“atkalpha-led”。
第 5 行,属性 status 设置状态为“okay”。
第 6~10 行,reg 属性,非常重要!reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址,比如第 6 行的“0X020C406C 0X04”表示 I.MX6ULL 的 CCM_CCGR1 寄存器,其中寄存器首地址为 0X020C406C,长度为 4 个字节。

设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下 imx6ull-alientek-emmc.dts:

make dtbs

编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb,使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动Linux 内核。Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“alphaled”这个节点,结果如图所示:

image-20250126174927984

如果没有“alphaled”节点的话请重点查看下面两点:
①、检查设备树修改是否成功,也就是 alphaled 节点是否为根节点“/”的子节点。
②、检查是否使用新的设备树启动的 Linux 内核。

可以进入到图 中的 alphaled 目录中,查看一下都有哪些属性文件,结果如图所示:

image-20250126175008090

可以查看一下 compatible、status 等属性值是否和我们设置的一致。

3.LED 灯驱动程序编写

设备树准备好以后就可以编写驱动程序了,本章实验在newchrled.c 的基础上修改而来。新建名为“4_dtsled”文件夹,然后在 4_dtsled 文件夹里面创建vscode 工程,工作区命名为“dtsled”。工程创建好以后新建 dtsled.c 文件,在 dtsled.c 里面输入如下内容:

dtsled.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 <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define DTSLED_CNT		    	1		  	/* 设备号个数 */
#define DTSLED_NAME			 "dtsled"	    /* 名字 */
#define LEDOFF 					0			/* 关灯 */
#define LEDON 					1			/* 开灯 */

/* 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;

/*在设备结构体 dtsled_dev 中添加了成员变量 nd,nd 是 device_node 结构体类型指
针,表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值,首先要先得到这个节点,一般
在设备结构体中添加 device_node 指针变量来存放这个节点。*/
/* dtsled设备结构体 */
struct dtsled_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;		/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
	struct device_node	*nd; /* 设备节点 */
};

struct dtsled_dev dtsled;	/* led设备 */

/*
 * @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)
{
	filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */
	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 dtsled_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
	.release = 	led_release,
};

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init led_init(void)
{
	u32 val = 0;
	int ret;
	u32 regdata[14];
	const char *str;
	struct property *proper;

	/* 获取设备树中的属性数据 */
/*通过 of_find_node_by_path 函数得到 alphaled 节点,后续其他的 OF 函数要
使用 device_node。*/
	/* 1、获取设备节点:alphaled */
	dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled");
	if(dtsled.nd == NULL) {
		printk("alphaled node nost find!\r\n");
		return -EINVAL;
	} else {
		printk("alphaled node find!\r\n");
	}

/*通过 of_find_property 函数获取 alphaled 节点的 compatible 属性,返回值为
property 结构体类型指针变量,property 的成员变量 value 表示属性值。*/
	/* 2、获取compatible属性内容 */
	proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);
	if(proper == NULL) {
		printk("compatible property find failed\r\n");
	} else {
		printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);
	}

	/* 3、获取status属性内容 */
	ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
	if(ret < 0){
		printk("status read failed!\r\n");
	} else {
		printk("status = %s\r\n",str);
	}

/*通过 of_property_read_u32_array 函数获取 alphaled 节点的 reg 属性所有值,
并且将获取到的值都存放到 regdata 数组中。*/
	/* 4、获取reg属性内容 */
	ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);
	if(ret < 0) {
		printk("reg property read failed!\r\n");
	} else {
		u8 i = 0;
		printk("reg data:\r\n");
		for(i = 0; i < 10; i++)
			printk("%#X ", regdata[i]);
		printk("\r\n");
	}

	/* 初始化LED */
#if 0
/*使用“古老”的 ioremap 函数完成内存映射,将获取到的 regdata 数组中的
寄存器物理地址转换为虚拟地址。*/
	/* 1、寄存器地址映射 */
	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]);
	GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]);
	GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]);
#else
 /*使用 of_iomap 函数一次性完成读取 reg 属性以及内存映射,of_iomap 函数
是设备树推荐使用的 OF 函数。*/
	IMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);
	GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);
	GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);
#endif

	/* 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);

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (dtsled.major) {		/*  定义了设备号 */
		dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);
		register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);	/* 申请设备号 */
		dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);

	/* 4、创建类 */
	dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);
	if (IS_ERR(dtsled.class)) {
		return PTR_ERR(dtsled.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);
	if (IS_ERR(dtsled.device)) {
		return PTR_ERR(dtsled.device);
	}
	
	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 */
	cdev_del(&dtsled.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);
	class_destroy(dtsled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("jvmao");

4.编写测试 APP

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
文件名		: ledApp.c
使用方法	 :./ledApp /dev/platled  0 关闭LED
		     ./ledApp /dev/platled  1 打开LED		
***************************************************************/
#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[2];
	
	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;
}

5.运行测试

5.1编译驱动程序和测试 APP

1、编译驱动程序

编写 Makefile 文件,本章实验的 Makefile 文件只是将模版 obj-m 变量的值改为 dtsled.o,Makefile 内容如下所示:

KERNELDIR := /home/a/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH := $(shell pwd)

obj-m := dtsled.o

build: kernel_modules

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

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

输入如下命令编译出驱动模块文件:

make -j32

编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件。

2、编译测试 APP

输入如下命令编译测试 ledApp.c 这个测试程序:

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。

5.2运行测试

将上一小节编译出来的 dtsled.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 dtsled.ko 驱动模块:

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe dtsled.ko //加载驱动

驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息

image-20250126181023438

从可以看出,alpahled 这个节点找到了,并且 compatible 属性值为“atkalpha-led”,status 属性值为“okay”,reg 属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4 0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”,这些都和我们设置的设备树一致。

驱动加载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/dtsled 1 //打开 LED 灯

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色 LED 灯是否点亮,如果点亮的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭 LED 灯:

./ledApp /dev/dtsled 0 //关闭 LED 灯

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色 LED 灯是否熄灭。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可:

rmmod dtsled.ko
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