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Linux LED驱动（gpio子系统）

news 来源：原创 2025/5/13 4:16:28

0. gpio子系统

gpio子系统是linux内核当中用于管理GPIO资源的一套系统，它提供了很多GPIO相关的API接口，驱动程序中使用GPIO之前需要向gpio子系统申请。
gpio子系统的主要目的就是方便驱动开发者使用gpio，驱动开发者在设备树中添加gpio相关信息，然后就可以在驱动程序中使用gpio子系统提供的API函数来操作GPIO。
Linux内核向驱动开发者屏蔽掉了GPIO的设置过程，极大的方便了驱动开发者使用GPIO。

设备树

使用gpio子系统时，需要更改设备树。
led-gpio = <&gpio0 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;表示led引脚使用的IO属于gpio0，是gpio0的7号引脚，高电平有效。

led {compatible = "alientek,led";status = "okay";default-state = "on";led-gpio = <&gpio0 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
}

GPIO驱动程序

在使用gpio子系统之前，需要向内核gpio子系统注册这一套操作硬件寄存器的“方法”，也就是GPIO驱动。但对于驱动开发，设置好设备树以后就可以使用gpio子系统提供的API函数来操作指定的GPIO，gpio子系统向驱动开发人员屏蔽了具体的读写寄存器过程。

gpio_request()
gpio_free()
gpio_direction_input()
gpio_direction_output()
gpio_get_value()
gpio_set_value()

1. gpio子系统下的LED驱动

修改设备树

led {compatible = "alientek,led";status = "okay";default-state = "on";led-gpio = <&gpio0 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
}

编写gpio子系统下的LED驱动

定义设备结构体
设备结构体包含cdev、类、设备、设备号等。
实现开关读写4个系统调用函数
在文件打开函数中使用filp->private_data设置私有数据；使用copy_from_user()实现用户空间和内存空间数据交互，并使用gpio_set_value()设置IO值（LED的亮灭）。
初始化设备操作函数结构体
实现设备注册和注销函数
使用of_find_node_by_path(“/led”)函数led设备节点，使用of_property_read_string()函数读取status属性，使用of_property_read_string()函数获取compatible属性值并进行匹配，使用of_get_named_gpio()获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号，然后使用gpio_request()向gpio子系统申请使用GPIO，使用gpio_direction_output()将led gpio管脚设置为输出模式，使用register_chrdev_region()函数、alloc_chrdev_region()函数创建设备号，并使用module_init()函数指定设别注册函数实现insmod，使用cdev_init()初始化cdev，使用cdev_add()添加cdev，使用class_create()创建类，使用device_create()创建设备；使用device_destroy()注销设备，使用class_destroy()注销类，使用cdev_del()删除cdev，使用unregister_chrdev_region()注销设备号，使用led_iounmap()取消地址映射，并使用module_exit()函数指定设备注销函数实现rmmod。
添加LICENSE和作者
使用MODULE_LICENSE()函数和MODULE_AUTHOR()函数添加LICENSE和作者。

#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>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>#define GPIOLED_CNT		1				/* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME	"gpioled"		/* 名字 */// 0. **定义设备结构体**
/* dtsled设备结构体 */
struct gpioled_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 */int led_gpio;			/* LED所使用的GPIO编号 */
};static struct gpioled_dev gpioled;	/* led设备 */// 1. **实现开关读写4个系统调用函数**
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{filp->private_data = &gpioled;	/* 设置私有数据 */return 0;
}static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{return 0;
}static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{int ret;char kern_buf[1];ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt);	// 得到应用层传递过来的数据if(0 > ret) {printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}if (0 == kern_buf[0])gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0);	// 如果传递过来的数据是0则关闭ledelse if (1 == kern_buf[0])gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 1);	// 如果传递过来的数据是1则点亮ledreturn 0;
}static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}// 2. **初始化设备操作函数结构体**
static struct file_operations gpioled_fops = {.owner		= THIS_MODULE,.open		= led_open,.read		= led_read,.write		= led_write,.release	= led_release,
};// 3. **实现设备注册和注销函数**
static int __init led_init(void)
{const char *str;int ret;/* 1.获取led设备节点 */gpioled.nd = of_find_node_by_path("/led");if(NULL == gpioled.nd) {printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to get /led node\n");return -EINVAL;}/* 2.读取status属性 */ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "status", &str);if(!ret) {if (strcmp(str, "okay"))return -EINVAL;}/* 2、获取compatible属性值并进行匹配 */ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "compatible", &str);if(0 > ret) {printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to get compatible property\n");return ret;}if (strcmp(str, "alientek,led")) {printk(KERN_ERR "gpioled: Compatible match failed\n");return -EINVAL;}printk(KERN_INFO "gpioled: device matching successful!\r\n");/* 4.获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号 */gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);if(!gpio_is_valid(gpioled.led_gpio)) {printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to get led-gpio\n");return -EINVAL;}printk(KERN_INFO "gpioled: led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);/* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */ret = gpio_request(gpioled.led_gpio, "LED-GPIO");if (ret) {printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to request led-gpio\n");return ret;}/* 6.将led gpio管脚设置为输出模式 */gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 0);/* 7.初始化LED的默认状态 */ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "default-state", &str);if(!ret) {if (!strcmp(str, "on"))gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 1);elsegpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0);} elsegpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0);/* 8.注册字符设备驱动 *//* 创建设备号 */if (gpioled.major) {gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);ret = register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);if (ret)goto out1;} else {ret = alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);if (ret)goto out1;gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);}printk("gpioled: major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor); /* 初始化cdev */gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);/* 添加一个cdev */ret = cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);if (ret)goto out2;/* 创建类 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.class)) {ret = PTR_ERR(gpioled.class);goto out3;}/* 创建设备 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.device)) {ret = PTR_ERR(gpioled.device);goto out4;}return 0;out4:class_destroy(gpioled.class);out3:cdev_del(&gpioled.cdev);out2:unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT);out1:gpio_free(gpioled.led_gpio);return ret;
}static void __exit led_exit(void)
{/* 注销设备 */device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);/* 注销类 */class_destroy(gpioled.class);/* 删除cdev */cdev_del(&gpioled.cdev);/* 注销设备号 */unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT);/* 释放GPIO */gpio_free(gpioled.led_gpio);
}/* 驱动模块入口和出口函数注册 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);// 4. **添加LICENSE和作者**
MODULE_AUTHOR("DengTao <773904075@qq.com>");
MODULE_DESCRIPTION("Alientek ZYNQ GPIO LED Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

应用程序：

打开文件
从文件读取数据
将数据写入文件
关闭文件

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>/** @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, ret;unsigned char buf[1];if(3 != argc) {printf("Usage:\n""\t./ledApp /dev/led 1		@ close LED\n""\t./ledApp /dev/led 0		@ open LED\n");return -1;}/* 打开设备 */fd = open(argv[1], O_RDWR);if(0 > fd) {printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}/* 将字符串转换为int型数据 */buf[0] = atoi(argv[2]);/* 向驱动写入数据 */ret = write(fd, buf, sizeof(buf));if(0 > ret){printf("LED Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}/* 关闭设备 */close(fd);return 0;
}