Linux 驱动开发基础知识——编写LED驱动程序（三）

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目录：

一、LED 驱动程序编程_基于 IMX6ULL

1.字符设备驱动程序框架

2.驱动怎么操作硬件？

3.驱动怎么和 APP 传输数据？

4.实现什么功能

（1）先编写驱动程序：

（2）再编写测试程序。

二、编写代码：

1.驱动程序led_drv.c

2.应用程序 ledtest.c

3.Makefile

三、上机实验

1.编译

2.挂载到开发板

3.实验效果

文章介绍：

🎉本篇文章对Linux 驱动开发基础知识学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳

如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！💪💪💪

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一、LED 驱动程序编程_基于 IMX6ULL

1.字符设备驱动程序框架

编写驱动程序的套路：

（1）确定主设备号，也可以让内核分配

（2）定义自己的 file_operations 结构体

（3）实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数，填入 file_operations 结构体

（4）把 file_operations 结构体告诉内核：register_chrdev

（5）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。

（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 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点：class_create,device_create。

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。

3.驱动怎么和 APP 传输数据？

通过 copy_to_user、copy_from_user 这 2 个函数。

4.实现什么功能

（1）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。

（2）再编写测试程序。

二、编写代码：

1.驱动程序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 + 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;
}

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");

第15行：系统主设备号

第28~49行：为应用程序write提供驱动程序

第35行：从应用程序APP得到数据，读取用户空间传进来的值

把用户空间的数据buf拷贝到&val内核空间，拷贝1个字节

第36~42行：根据数据去设置GPIO的寄存器去输出1/0

第38~48行：根据val判断是将GPIO配置高还是低

第51~63行：为应用程序open提供驱动程序

启动GPIO

配置gpio5 io3为gpio

配置gpio5 io3为输出

第65~69行：定义一个file_operations结构体，里面每个成员是驱动程序的具体功能

第72~92行：入口函数

第74行：监测入口函数是否被执行

                __FILE__：文件

                __FUNCTION：__函数

                __LINE__：第几行

   第76行：调用register_chrdev()来注册某个file_operations结构体，获得系统提供的主设备号

第79行：映射虚拟地址

第88~89行：系统为我们创建/dev/myled的设备节点

          第88行：根据系统函数提供设备节点

          第89行：在这个led_class下创建设备

第94~104行：出口函数

第103行：卸载驱动程序

第100行：销毁掉创建的设备节点/dev/myled

第101行：销毁掉创建的类

第106行：修饰入口函数

第107行：修饰出口函数

第108行：获取指定GPL协议

以上为驱动程序的模板部分，下面我们对IMX6ull的硬件操作进行梳理

使能GPIO5：本身默认使能，所以我们可以忽视这部分的操作

第18~26行：设置GPIO5_3为GPIO：

IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址：0x02290000 + 0x14

第19~26行：定义变量操作寄存器：使用指针操作读写寄存器地址，物理地址，后面需要把物理地址映射成虚拟地址

        第19行：第一个寄存器地址，GPIO5_3的地址

        第22行：设置GPIO5_GDIR地址用于设置输入输出的方向

        第26行：设置GPIO5_DR地址用于设置输入或输出电平

第79~86行：在入口函数里将物理地址映射为虚拟地址

第80行：用ioremap将0x02290000 + 0x14物理地址映射为4个字节虚拟地址

第83行：用ioremap将0x020AC004物理地址映射为4个字节虚拟地址

第86行：用ioremap将0x020AC000物理地址映射为4个字节虚拟地址

第96~98行：在出口函数里清除ioremap的虚拟地址

第53~60行：使用虚拟地址操作寄存器

第57行：清除掉最低的4位，防止其他驱动程序调用

第58行：设置为101，将引脚配置为GPIO

第60行：设置GPI05_3为1，设置为输出的方向

实现点灯操作：将GPI05_3输出低电平

第31行：设置GPI05_3为输出0，实现点亮led

第46行：设置GPI05_3为输出1，实现关闭led

2.应用程序 ledtest.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 off

int 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;
	}
	// open
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open %s\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	// write
	if (strcmp(argv[2], "on") == 0)
	{
		status = 1;
	}

	write(fd, &status, 1);
	return 0;	
}

第15行：监测当前状态值，根据 on和off进行判断

第17~23行：当输入不正确时打印用法

第19行：具体用法

第20行：打开led的用法

第21行：关闭led的用法

第23行：打印文件

第26~30行：打开文件失败

第32~36行：打开成功，写入数据

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-4.9.88

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order
	rm -f ledtest

obj-m	+= led_drv.o

第10行：编译时用到的Linux内核路径

第12~19行：编译测试程序

第21行：编译内核程序

三、上机实验

1.编译

编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。

2.挂载到开发板

在开发板上挂载 NFS

最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：

[root@100ask:~]# echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk // 打开内核的打印信息，有些
板子默认打开了
[ 1426.505931] /home/book/05_嵌入式Linux驱动开发基础知识/source/02_led_drv/00_led_drv_simple/imx6ull/led_drv.c led_init 75    //安装后打印的信息
[root@100ask:~]# insmod /mnt/led_drv.ko    //安装驱动
[root@100ask:~]# lsmod                     //查询驱动
[root@100ask:~]# rmmod /mnt/led_drv.ko     //卸载驱动
/mnt/ledtest /dev/myled on                 // 点灯
/mnt/ledtest /dev/myled off                // 关灯