字符设备驱动：LED传统实现方式
1. 环境：
1.1 开发板：正点原子 I.MX6U ALPHA V2.2
1.2 开发PC：Ubuntu20.04
1.3 U-boot：uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2
1.4 LInux内核：linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2
1.5 rootfs：busybox-1.29.0.tar.bz2制作
1.6 交叉编译工具链：gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
2. 硬件控制说明
2.1 由GPIO1 PIN3控制，高---熄灭， 低---点亮
3. 驱动代码
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 #include <linux/fs.h> //文件操作函数,file_operarions 4 #include <linux/device.h> //设备申请函数,device_create 5 #include <linux/slab.h> //内核空间申请函数件,kmalloc 6 #include <asm/uaccess.h> //内核与用户空间消息拷贝函数,copy_to_usser & copy_from_user 7 #include <asm/io.h> //内存地址映射函数,ioremap 8 #include <linux/cdev.h> 9 10 //GPIO寄存器地址，参考"i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual" 11 #define LED_GPIO1_3_BASE 0x0209c000 12 #define GPIO_DR 0x0 13 #define GPIO_GDIR 0x4 14 #define GPIO_PSR 0x8 //本驱动未使用到 15 #define GPIO_ICR1 0xc //本驱动未使用到 16 #define GPIO_ICR2 0x10 //本驱动未使用到 17 #define GPIO_IMR 0x14 //本驱动未使用到 18 #define GPIO_ISR 0x18 //本驱动未使用到 19 #define GPIO_EDGE_SEL 0x1c //本驱动未使用到 20 21 #define LED_GPIO1_3_MUX 0X020E0068 //GPIO复用功能选择寄存器地址 22 #define LED_GPIO1_3_PAD 0X020E02F4 //GPIO驱动方式选择寄存器地址 23 #define LED_GPIO1_3_CCM 0X020C406C //GPIO时钟寄存器地址 24 25 //led控制 26 #define LED_ON 1 27 #define LED_OFF 0 28 29 //自定义一个结构体，将一些需要的变量放在其中，以便管理 30 struct led_device 31 { 32 struct class *led_class; 33 struct device *led_device; 34 struct cdev led_cdev; 35 36 }; 37 38 39 dev_t devno; //很奇怪，必须另外定义dev_t,直接使用led_cdev中的dev_t,device_create函数看不到其设备文件，不解 40 u32 dev_major = 0; //用于保存主设备号 41 42 static struct led_device *imx_led_gpio1_3; 43 static void __iomem *led_dr = NULL; //保存GPIO数据寄存器内存映射后的地址 44 static void __iomem *led_gdir = NULL; //保存GPIO输入输出方向选择寄存器内存映射后的地址 45 static void __iomem *led_pd = NULL; //保存GPIO驱动方式选择寄存器内存映射后的地址 46 static void __iomem *led_mux = NULL; //保存GPIO复用功能选择寄存器内存映射后的地址 47 static void __iomem *led_ccm = NULL; //保存GPIO时钟寄存器内存映射后的地址 48 49 50 //设备文件的open操作函数 51 static int led_open(struct inode *inode, struct file *file) 52 { 53 54 return 0; 55 } 56 57 //设备文件的close操作函数 58 static int led_close(struct inode *inode, struct file *file) 59 { 60 return 0; 61 } 62 63 //设备文件的read操作函数 64 static ssize_t led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *f_ops) 65 { 66 return 0; 67 } 68 69 //设备文件的write操作函数 70 static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *f_ops) 71 { 72 int ret; 73 unsigned char cmd[1]; 74 u32 val = 0; 75 76 ret = copy_from_user(cmd, buf, size); 77 if(ret < 0) 78 { 79 printk("kernel write failed!\r\n"); 80 return -EFAULT; 81 } 82 83 84 if(*cmd == LED_ON) 85 { 86 val = readl(led_dr); 87 val &= ~(1 << 3); 88 writel(val, led_dr); 89 } 90 else if(*cmd == LED_OFF) 91 { 92 val = readl(led_dr); 93 val|= (1 << 3); 94 writel(val, led_dr); 95 } 96 else 97 { 98 printk("led command is invalid!\n"); 99 return -2; 100 } 101 102 return 0; 103 } 104 105 static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) 106 { 107 u32 val = 0; 108 switch (cmd) 109 { 110 case LED_OFF: 111 val = readl(led_dr); 112 val|= (1 << 3); 113 writel(val, led_dr); 114 break; 115 case LED_ON: 116 val = readl(led_dr); 117 val &= ~(1 << 3); 118 writel(val, led_dr); 119 break; 120 default: 121 val = readl(led_dr); 122 val|= (1 << 3); 123 writel(val, led_dr); 124 break; 125 } 126 127 128 return 0; 129 } 130 131 132 133 static const struct file_operations led_fops = { 134 .owner = THIS_MODULE, 135 .open = led_open, 136 .release = led_close, 137 .write = led_write, 138 .read = led_read, 139 .unlocked_ioctl = led_ioctl, 140 }; 141 142 143 static int __init led_init(void) 144 { 145 int ret; 146 u32 val = 0; 147 148 //为自定义机构提申请内核内存 149 imx_led_gpio1_3 = kmalloc(sizeof(struct led_device), GFP_KERNEL); 150 if(imx_led_gpio1_3 == NULL) 151 { 152 printk(KERN_ERR "kmalloc fail!\n"); 153 return -ENOMEM; 154 } 155 156 //ret = register_chrdev(LED_MAJOR, "led", &led_fops); 157 //如果使用动态申请，则必须使用cdev_init() & cdev_add()这两个函数；静态则不需要 158 ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "led"); 159 if(ret < 0) 160 { 161 printk(KERN_ERR "register major failed!\n"); 162 ret = -EINVAL; 163 goto err1; 164 } 165 166 dev_major = MAJOR(devno); 167 168 //将设备与文件操作函数关联 169 cdev_init(&(imx_led_gpio1_3->led_cdev), &led_fops); 170 171 //注册设备 172 cdev_add(&(imx_led_gpio1_3->led_cdev), MKDEV(dev_major, 0), 1); 173 174 //创建设备类 175 imx_led_gpio1_3->led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class"); 176 if(IS_ERR(imx_led_gpio1_3->led_class)) 177 { 178 printk(KERN_ERR "failed to create class!\n"); 179 ret = PTR_ERR(imx_led_gpio1_3->led_class); 180 goto err2; 181 } 182 183 184 //创建设备文件，此函数最后一个参数led，其实就是设备名，应用程序open打开的也是这个文件名 185 imx_led_gpio1_3->led_device = device_create(imx_led_gpio1_3->led_class, 0, MKDEV(dev_major, 0), 0, "led"); 186 if(IS_ERR(imx_led_gpio1_3->led_device)) 187 { 188 printk(KERN_ERR "failed to create device!\n"); 189 ret = PTR_ERR(imx_led_gpio1_3->led_device); 190 goto err3; 191 } 192 193 //对物理地址进行内存映射,以便后面操作 194 led_dr = ioremap(LED_GPIO1_3_BASE, 4); 195 if(led_dr == NULL) 196 { 197 printk(KERN_ERR "led_dr ioremap fail!\n"); 198 ret = -ENOMEM; 199 goto err4; 200 } 201 202 led_gdir = ioremap(LED_GPIO1_3_BASE + GPIO_GDIR, 4); 203 if(led_gdir == NULL) 204 { 205 printk(KERN_ERR "led_gdir ioremap fail!\n"); 206 ret = -ENOMEM; 207 goto err4; 208 } 209 210 led_pd = ioremap(LED_GPIO1_3_PAD, 4); 211 if(led_pd == NULL) 212 { 213 printk(KERN_ERR "led_pd ioremap fail!\n"); 214 ret = -ENOMEM; 215 goto err4; 216 } 217 218 led_ccm = ioremap(LED_GPIO1_3_CCM, 4); 219 if(led_ccm == NULL) 220 { 221 printk(KERN_ERR "led_ccm ioremap fail!\n"); 222 ret = -ENOMEM; 223 goto err4; 224 } 225 226 227 led_mux = ioremap(LED_GPIO1_3_MUX, 4); 228 if(led_mux == NULL) 229 { 230 printk(KERN_ERR "led_mux ioremap fail!\n"); 231 ret = -ENOMEM; 232 goto err4; 233 } 234 235 // 使能GPIO1时钟 236 val = readl(led_ccm); 237 val &= ~(3 << 26); //清掉旧值 238 val |= (3 << 26); // 设置新值 239 writel(val, led_ccm); 240 241 // 将GPIO1_IO03复用功能设置为GPIO 242 writel(5, led_mux); 243 244 // 设置GPIO的电流驱动能力 245 writel(0x10B0, led_pd); 246 247 // 设置GPIO的输入输出方向 248 val = readl(led_gdir); 249 val &= ~(1 << 3); // 清除以前的设置 250 val |= (1 << 3); // 设置为输出 251 writel(val, led_gdir); 252 253 254 //设置LED的默认状态:LED熄灭 255 val = readl(led_dr); 256 val |= (1 << 3); 257 writel(val, led_dr); 258 259 return 0; 260 261 //注销设备节点 262 err4: 263 device_destroy(imx_led_gpio1_3->led_class, MKDEV(dev_major, 0)); 264 265 //注销设备类 266 err3: 267 class_destroy(imx_led_gpio1_3->led_class); 268 269 //注销设备号 270 err2: 271 unregister_chrdev(dev_major, "led"); 272 273 //释放由kmalloc申请的内存 274 err1: 275 kfree(imx_led_gpio1_3); 276 return ret; 277 278 } 279 280 static void __exit led_exit(void) 281 { 282 device_destroy(imx_led_gpio1_3->led_class, MKDEV(dev_major, 0)); 283 class_destroy(imx_led_gpio1_3->led_class); 284 unregister_chrdev(dev_major, "led"); 285 iounmap(led_dr); 286 iounmap(led_gdir); 287 iounmap(led_pd); 288 iounmap(led_mux); 289 iounmap(led_ccm); 290 kfree(imx_led_gpio1_3); 291 } 292 293 294 module_init(led_init); 295 module_exit(led_exit); 296 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
4. 测试代码
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <sys/stat.h> 5 #include <fcntl.h> 6 7 #define LED_ON 1 8 #define LED_OFF 0 9 10 11 int main(int argc, char **argv) 12 { 13 int fd; 14 int buf = 0; 15 16 fd = open("/dev/led", O_RDWR); 17 18 printf("fd = %d\n", fd); 19 if(fd < 0) 20 { 21 perror("open fail!\n"); 22 23 exit(1); 24 } 25 26 #if 0 27 28 if(strcmp(argv[1], "on") == 0) 29 { 30 if(ioctl(fd, LED_ON) < 0) 31 perror("ioctrl fail:led on\n"); 32 else 33 printf("ioctl ok:led on\n"); 34 } 35 else if(strcmp(argv[1], "off") == 0) 36 { 37 if(ioctl(fd, LED_OFF) < 0) 38 perror("ioctrl fail:led off\n"); 39 else 40 printf("ioctl ok:led off\n"); 41 } 42 else 43 { 44 perror("command is invalid!\n"); 45 } 46 47 48 #else 49 if(strcmp(argv[1], "on") == 0) 50 { 51 buf = 1; 52 if(write(fd, &buf, sizeof(buf)) < 0) 53 { 54 perror("write fail:led on!\n"); 55 exit(1); 56 } 57 else 58 { 59 printf("write ok:led on!\n"); 60 } 61 } 62 else if(strcmp(argv[1], "off") == 0) 63 { 64 buf = 0; 65 if(write(fd, &buf, sizeof(buf)) < 0) 66 { 67 perror("write fail:led off!\n"); 68 exit(1); 69 } 70 else 71 { 72 printf("write ok:led off!\n"); 73 } 74 } 75 else 76 { 77 perror("command is invalid!\n"); 78 } 79 80 81 #endif 82 83 close(fd); 84 return 0; 85 }
总结：
1. I.MX6ULL GPIO涉及到数据、方向、复用、驱动方式、时钟五个寄存器的设置
2. 设备号如果使用动态申请(alloc_chrdev_region)，则必须使用cdev_init() & cdev_add()这两个函数；静态则不需要
3. 驱动的主要步骤，大致为：1. 申请内核空间(kmalloc)-->2. 申请设备号(alloc_chrdev_region)-->3. 建立设备与file_operations的连接(cdev_init)-->4. 向内核注册设备(cdev_add)-->5. 创建设备类(led_class)-->6. 创建设备文件(device_create)
