嵌入式Linux驅動開發基礎-2 LED驅動

imx6ull中GPIO涉及寄存器

1：CCM寄存器

????????GPIOx 要用 CCM_CCGRy 寄存器中的 2 位來決定該組 GPIO 是否使能。哪組 GPIO 用哪個 CCM_CCGR 寄存器來設置。

CCM_CCGR 寄存器中某 2 位的取值含義如下：

00 ：該 GPIO 模塊全程被關閉

01 ：該 GPIO 模塊在 CPU run mode 情況下是使能的；在 WAIT 或 STOP

模式下，關閉

10 ：保留

11 ：該 GPIO 模塊全程使能

2：引腳功能寄存器

????????對于某個/ 某組引腳， IOMUXC 中有 2 個寄存器用來設置它：選擇功能：

a) IOMUXC_SW_ MUX _CTL_ PAD _< PADNAME > ： Mux pad xxx ，選擇某個 pad 的功能

b) IOMUXC_SW_ MUX _CTL_ GRP _< GROUP NAME > ： Mux grp xxx ，選擇某組引腳的功能

某個引腳，或是某組預設的引腳，都有 8 個可選的模式 (alternate (ALT) MUX_MODE)。

設置上下拉電阻等參數：

a) IOMUXC_SW_ PAD _CTL_ PAD _< PAD_NAME > ： pad pad xxx ，設置某個 pad 的參數

b) IOMUXC_SW_ PAD _CTL_ GRP _< GROUP NAME > ： pad grp xxx ，設置某組引腳的參數

3:GPIO模塊內部

我們暫時只需要關心 3 個寄存器：

1）GPIOx_GDIR ：設置引腳方向，每位對應一個引腳， 1-output ， 0-input

2）GPIOx_DR ：設置輸出引腳的電平，每位對應一個引腳， 1- 高電平， 0- 低電平

3）GPIOx_PSR：讀取引腳的電平，每位對應一個引腳，1-高電平，0-低電平

4：總結

1）讀GPIO

設置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能對應的 GPIO 模塊 // 默認是使能的，

設置 IOMUX 來選擇引腳用于 GPIO

設置 GPIOx_GDIR 中某位為 0 ，把該引腳設置為輸入功能

讀 GPIOx_DR 或 GPIOx_PSR 得到某位的值（讀 GPIOx_DR 返回的是 GPIOx_PSR 的值）

2）寫GPIO

設置 CCM_CCGRx 寄存器中某位使能對應的 GPIO 模塊 // 默認是使能的，

設置 IOMUX 來選擇引腳用于 GPIO

設置 GPIOx_GDIR 中某位為 1 ，把該引腳設置為輸出功能

寫 GPIOx_DR 某位的值

2：代碼編寫

2.1：字符設備驅動程序框架

寫驅動程序的套路：

確定主設備號，也可以讓內核分配
定義自己的 file_operations 結構體
實現對應的 drv_open/drv_read/drv_write 等函數，填入 file_operations 結構體
把 file_operations 結構體告訴內核：register_chrdev
誰來注冊驅動程序啊？得有一個入口函數：安裝驅動程序時，就會去調用這個入口函數
有入口函數就應該有出口函數：卸載驅動程序時，出口函數調用unregister_chrdev
其他完善：提供設備信息，自動創建設備節點：class_create,device_create

驅動怎么操作硬件？

????????? 通過 ioremap 映射寄存器的物理地址得到虛擬地址，讀寫虛擬地址。

驅動怎么和 APP 傳輸數據？

????????? 通過 copy_to_user、copy_from_user 這 2 個函數

2.2:代碼邏輯圖

2.2：實現功能

先編寫驅動程序：

? 實現 led_open 函數，在里面初始化 LED 引腳。

? 實現 led_write 函數，在里面根據 APP 傳來的值控制 LED 。

? 再編寫測試程序。

2.2.1：確定主設備號。

? ? ? ? /* 1. 確定主設備號*/

static int major = 0; ? ? ??

? ? ? ? //后續在入口函數中，使用下列代碼：注冊函數進行分配

major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);

2.2.2：定義自己的?file_operations?結構體

static struct file_operations led_fops = {

? ? .owner ? ? ?= THIS_MODULE,

? ? .write ? ? ?= led_write,

? ? .open ? ? ? = led_open,

};

2.2.3：實現對應的?drv_open/drv_read/drv_write?等函數，??

注：我們現在編寫的函數屬于驅動函數，那么我們在串口掉用這些函數時，

? ? ? ? 串口那邊，我們屬于APP

? ? ? ? 而這些驅動屬于 “內核”

? ? ? ? 我們串口調用read函數 ?len = read(fd, buf, 1024);時，我們是需要把kernel_buf的數據讀到buf中。所以在這read代碼中，我們使用 ?err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));這行代碼，將kernel_buf寫入到buf中。

? ? ? ? 我們串口調用write函數 write(fd, argv[2], len);時，是把argv[2]的數據寫入到kernel_buf中。所以在這write代碼中，我們使用 ?err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));這行代碼，將buf也就是argv[2]寫入到kernel_buf中。

注2：驅動怎么操作硬件？

????????? 通過 ioremap 映射寄存器的物理地址得到虛擬地址，讀寫虛擬地址。

static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;

static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;

static volatile unsigned int *GPIO5_DR;

????????這是我們需要操作的三個寄存器，IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3在open函數中，將PIN配置為GPIO模式，GPIO5_GDIR在open函數中被配置為輸出模式，GPIO5_DR根據用戶傳輸的數據來點亮或者熄滅LED。

????????因為驅動不能直接訪問硬件地址，所以我們在后續入口函數中，會使用ioremap函數將物理地址映射至三個定義中，這樣后續對三個定義的操作就類似于直接對物理地址進行操作。

/* 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;

}

2.2.4：把 file_operations 結構體告訴內核：register_chrdev
2.2.5. 誰來注冊驅動程序啊？得有一個入口函數：?

?????????3.4和3.5可同時在入口函數中實現，安裝驅動程序時，系統去調用這個入口函數，這是直接在入口函數中直接將結構體告訴內核.

????????并且在這里我們還需要將物理地址進行映射，這樣后續open和write可以直接對硬件進行操作

/* 入口函數 */

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;

}

2.2.6：有入口函數就應該有出口函數：卸載驅動程序時，出口函數調用unregister_chrdev

將映射地址也進行消除

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");

}

3.1.7：其他完善：提供設備信息，

自動創建設備節點：class_create, device_creat

/* 7. 其他完善：提供設備信息，自動創建設備節點 */

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2.3：全部代碼

2.3.1：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,
};/* 入口函數 */
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 + 0x14IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x02290000 + 0x14, 4);// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC004, 4);//GPIO5_DR 地址：0x020AC000GPIO5_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");

2.3.2 led_test.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 offint 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;}// openfd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd < 0){printf("can not open %s\n", argv[0]);return -1;}// writeif (strcmp(argv[2], "on") == 0){status = 1;}write(fd, &status, 1);return 0;	
}

2.3.3:Makefile


# 1. 使用不同的開發板內核時, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的內核要事先配置、編譯, 為了能編譯內核, 要先設置下列環境變量:
# 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: 不同的開發板不同的編譯器上述3個環境變量不一定相同,
#       請參考各開發板的高級用戶使用手冊KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f ledtestobj-m	+= led_drv.o