imx6ull-驱动开发篇12——GPIO子系统驱动LED

目录

前言

OF 函数

实验程序编写

修改设备树文件

添加 pinctrl 节点

添加 LED 设备节点

检查 PIN 是否被其他外设使用

LED 灯驱动程序编写

gpioled.c

ledApp.c

Makefile 文件

.json文件

运行测试

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前言

在之前的文章里，我们学习了pinctrl 子系统：驱动开发篇10——pinctrl 子系统，

也学习了gpio子系统：驱动开发篇11——gpio子系统。

本讲内容，我们先熟悉与 gpio 相关的 OF 函数，然后使用 pinctrl 和 gpio 子系统来完成 LED 灯驱动。

OF 函数

在驱动程序中需要读取 gpio 属性内容， Linux 内核提供了几个与 GPIO 有关的 OF 函数。

常用的几个 OF 函数如下所示：

函数名	功能描述	适用场景
of_gpio_named_count	统计指定属性包含的GPIO定义数量	需要统计非标准名称的GPIO属性
of_gpio_count	统计"gpios"属性的GPIO定义数量	快速统计标准gpios属性的GPIO数
of_get_named_gpio	获取指定属性的具体GPIO编号	实际获取GPIO编号进行硬件操作

函数原型如下：

// 1. 统计指定属性的GPIO数量（可统计任意属性）
int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname);// 2. 统计"gpios"属性的GPIO数量（专用简化版）
int of_gpio_count(struct device_node *np);// 3. 获取指定属性的GPIO编号（核心函数）
int of_get_named_gpio(struct device_node *np, const char *propname, int index);

示例代码如下：

int init_gpios(struct device_node *np) 
{// 1. 统计GPIO数量int gpio_cnt = of_gpio_count(np);  // 统计标准"gpios"属性// 或int custom_cnt = of_gpio_named_count(np, "custom_gpios"); // 统计自定义属性// 2. 获取具体GPIO编号int main_gpio = of_get_named_gpio(np, "gpios", 0);  // 获取第一个GPIOint sec_gpio = of_get_named_gpio(np, "gpios", 1);   // 获取第二个GPIO// 3. 错误检查示例if (main_gpio < 0) {pr_err("Failed to get main GPIO\n");return main_gpio;}return 0;
}

实验程序编写

LED的驱动我们已经编写过很多个版本了，感兴趣的见如下链接：

裸机学习实验1——汇编LED灯实验

裸机学习实验2——C语言版LED灯实验

驱动开发篇4——LED 驱动开发实验

驱动开发篇9——设备树下的 LED 驱动实验

本讲内容，我们使用 pinctrl 和 gpio 子系统来完成 LED 灯驱动。

修改设备树文件

添加 pinctrl 节点

正点原子I.MX6U-ALPHA 开发板上的 LED 灯使用了 GPIO1_IO03 这个 PIN。

打开 imx6ull-alientek-emmc.dts，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点。

“pinctrl_led”节点内容如下所示：

pinctrl_led: ledgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10B0 /* LED0 */>;
};

将 GPIO1_IO03 这个 PIN 复用为 GPIO1_IO03，电气属性值为 0X10B0。

添加 LED 设备节点

在根节点“/”下创建 LED 灯节点，节点名为“gpioled”，

“gpioled”节点内容如下：

gpioled {#address-cells = <1>;                // 子节点地址用1个u32表示#size-cells = <1>;                   // 子节点大小用1个u32表示compatible = "atkalpha-gpioled";     // 驱动匹配名称pinctrl-names = "default";           // 引脚控制状态名称pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;          // 默认状态使用的引脚配置组led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; // GPIO控制引脚定义status = "okay";                     // 设备状态（启用）
};

• pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点。
• led-gpio 属性指定了 LED 灯所使用的 GPIO：GPIO1 的 IO03，低电平有效。

驱动程序会获取 led-gpio 属性的内容来得到 GPIO 编号，因为 gpio 子系统的 API 操作函数需要 GPIO 编号。

检查 PIN 是否被其他外设使用

检查 PIN 有没有被其他外设使用包括两个方面：

• 检查 pinctrl 设置。
• 如果这个 PIN 配置为 GPIO 的话，检查这个 GPIO 是否被其它外设使用。

比如LED 灯使用的 PIN 为 GPIO1_IO03，在 imx6ull-alientek-emmc.dts文件里搜索对应关键词：

• 检查 GPIO_IO03 这个 PIN 有没有被其他的 pinctrl 节点使用，搜索GPIO_IO03；
• 检查其它外设是否使用了 GPIO1_IO03，搜索gpio1 3。

将imx6ull-alientek-emmc.dts文件里搜索到的代码都屏蔽掉：

设备树编写完成以后使用“ make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的imx6ull-alientek-emmc.dtb 文件启动 Linux 系统。

启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“gpioled”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功：

LED 灯驱动程序编写

gpioled.c

gpioled.c 文件是led灯的驱动文件，相比之前的led驱动方法：

• 我们取消掉了配置寄存器的过程，改为使用 Linux 内核提供的 API 函数。

在 GPIO 操作上更加的规范化，符合 Linux代码框架，而且也简化了 GPIO 驱动开发的难度，以后所有例程用到 GPIO 的地方都可以这样开发。

#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 <linux/of_gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define GPIOLED_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME		"gpioled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 				0			/* 关灯 */
#define LEDON 				1			/* 开灯 *//* gpioled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		*/
};struct gpioled_dev gpioled;	/* led设备 *//** @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 = &gpioled; /* 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;struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;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) {	gpio_set_value(dev->led_gpio, 0);	/* 打开LED灯 */} else if(ledstat == LEDOFF) {gpio_set_value(dev->led_gpio, 1);	/* 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 gpioled_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)
{int ret = 0;/* 设置LED所使用的GPIO *//* 1、获取设备节点：gpioled */gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if(gpioled.nd == NULL) {printk("gpioled node not find!\r\n");return -EINVAL;} else {printk("gpioled node find!\r\n");}/* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的LED编号 */gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);if(gpioled.led_gpio < 0) {printk("can't get led-gpio");return -EINVAL;}printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);/* 3、设置GPIO1_IO03为输出，并且输出高电平，默认关闭LED灯 */ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);if(ret < 0) {printk("can't set gpio!\r\n");}/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (gpioled.major) {		/*  定义了设备号 */gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);} else {						/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);	/* 申请设备号 */gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */}printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);	/* 2、初始化cdev */gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);/* 4、创建类 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.class)) {return PTR_ERR(gpioled.class);}/* 5、创建设备 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.device)) {return PTR_ERR(gpioled.device);}return 0;
}/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit led_exit(void)
{/* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&gpioled.cdev);/*  删除cdev */unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);class_destroy(gpioled.class);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("huax");

ledApp.c

测试app也和之前的实验代码一致：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"#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[1];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 *//* 向/dev/led文件写入数据 */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;
}

Makefile 文件

makefile文件只需要修改 obj-m 变量的值，改为 gpioled.o。

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_gaCURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := gpioled.obuild: kernel_modules
kernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

.json文件

vscode的c_cpp_properties.json文件里，头文件路径包含linux内核源码：

{"configurations": [{"name": "Linux","includePath": ["${workspaceFolder}/**","/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/include","/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include","/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include/generated/"],"defines": [],"compilerPath": "/usr/bin/gcc","cStandard": "c11","cppStandard": "c++17","intelliSenseMode": "clang-x64"}],"version": 4
}

运行测试

编译代码：

make -j32 //编译makefile文件

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp  //编译测试程序

将编译出来的 gpioled.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 gpioled.ko 驱动模块：

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

驱动加载成功以后如图：

使用 ledApp 软件来测试驱动是否工作正常：

./ledApp /dev/gpioled 1 //打开 LED 灯

./ledApp /dev/gpioled 0 //关闭 LED 灯

要卸载驱动的话输入如下命令：

rmmod gpioled.ko