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嵌入式linux与物联网进阶之路五：嵌入式驱动方式点亮LED

简化的驱动框架

话说前面章节讲到了如何利用嵌入式驱动开发的方式进行驱动开发。由于其学习路线相比于裸机开发来说，上手难度稍微大一些，而且代码量也相对来说较多，所以对刚上手的人来说是颇有难度的。本章节，我们将以一个类似于Hello World点灯的例子，来讲解在linux下如何进行内核驱动的开发。

工欲善其事，必先利其器，开始之前，我们需要先将驱动开发用到的主体框架搭建一下，这里由于上节讲过，我这里直接贴上来：

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#include <linux/init.h> 
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/string.h>
 
#define LED_MAJOR 200
#define LED_NAME  "LED"
 
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("GPIO init \n");
    return 0;
}
 
static int led_write(struct file *filep, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos){
    return count;
}
 
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("Release !! \n");
    return 0;
}
 
 
static const struct file_operations led_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = led_open,
    .write   = led_write,
    .release = led_release,
};
 
static int __init led_init(void){
 
    printk("led control device init success! \r\n");
 
    return 0;
}
 
static void __exit led_exit(void){
    printk(" led_exit \r\n");
}
 
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("CXSR");

可以看到，整个驱动开发框架无非是如下几个东西，首先是module_init和module_exit函数，之后就是file_operations结构体，结构体中有对文件的读，写，打开，关闭等等，我们只需要把我们用到的操作去实现就行了。由于这部分整体比较固化，所以这里我不再赘述了。

由于在荔枝派中，我选择了A1口作为我的控制口，所以我先尝试利用GPIO手动控制了一下，整体控制流程如下：

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1、 进入sys/class/gpio目录下
2、 执行echo 1 > export命令，可以看出来创建了gpio1的文件夹
3、 进入gpio1文件夹，cat direction查看其值为in，通过vi direction，将其值改为out后， wq保存。
4、 运行 echo 1 > value 命令，则可以设置A1口高电平，设置echo 0 > value 命令，则可以设置A1口低电平。

通过如上步骤，我们发现，我们可以控制板子上的LED灯的亮灭了。之所以能这么控制，是因为我们编译生成的根文件中，包含了对GPIO的支持，所以使得我们很容易的进行控制。

LED驱动编码

接下来，我们就开始针对刚才的驱动框架模板，来慢慢的填写我们的内容吧。

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#include <linux/init.h> 
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/string.h>
 
/* 主设备号 */
#define LED_MAJOR 200
/* 设备名称 */
#define LED_NAME  "LED"
/* 操作的引脚 */
#define LED_PIN 1
/* 内核态用户态交互缓冲 */
static char recv_msg[20];
 
/* 自动创建设备树：类 */
static struct class *led_control_class = NULL;
/* 自动创建设备树：设备 */
static struct device *led_control_device = NULL;
 
/* led初始化 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("GPIO init \n");
    /* 校验 */
    if(!gpio_is_valid(LED_PIN)){
        printk("Error wrong gpio number !!\n");
        return;
    }
    gpio_request(LED_PIN, "led_ctr");
    /* 设置direction为输出 */
    gpio_direction_output(LED_PIN,1);
    /* 初始置为高电平 */
    gpio_set_value(LED_PIN,1);
    return 0;
}
 
/* 引脚电平写入 */
static int led_write(struct file *filep, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos){
    int cnt = _copy_from_user(recv_msg, buf, count);
    if(0 == cnt){
        /* 如果用户输入了on标记，代表打开 */   
        if(0 == memcmp(recv_msg, "on", 2)){
            printk("LED on! \n");
            gpio_set_value(LED_PIN, 1);
        }
        /* 如果用户输入了其他标记，代表关闭 */
        else{
            printk("LED off! \n");
            gpio_set_value(LED_PIN, 0);
        }
    }else{
        printk("ERROR occur when writing!!\n");
        return -EIO;
    }
    return count;
}
 
/* led注销 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("Release !! \n");
    gpio_free(LED_PIN);
    return 0;
}
 
/* 设备文件操作对象 */
static const struct file_operations led_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = led_open,
    .write   = led_write,
    .release = led_release,
};
 
/* 设备操作的初始化  */
static int __init led_init(void){
 
    int ret = 0;
 
    //1. 注册字符设备
    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME,&led_fops);
    if(ret <0){
        printk("register fail!\r\n");
        return -EIO;
    }
    printk("register success, major number is %d \r\n",ret);
    
    /* 2. 自动注册设备：首先创建类 */
    led_control_class = class_create(THIS_MODULE, LED_NAME);
    if(IS_ERR(led_control_class)){
        unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
        return -EIO;
    }
 
    /* 3. 自动注册设备：基于类创建设备 */
    led_control_device = device_create(led_control_class, NULL, MKDEV(LED_MAJOR,0), NULL,LED_NAME);
    if(IS_ERR(led_control_device)){
        class_destroy(led_control_class);
        unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
        return -EIO;
    }
 
    printk("led control device init success! \r\n");
 
    return 0;
}
 
/* 设备注销 */
static void __exit led_exit(void){
    printk(" led_exit \r\n");
    device_destroy(led_control_class, MKDEV(LED_MAJOR,0));
    class_unregister(led_control_class);
    class_destroy(led_control_class);
    unregister_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME);
}
 
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("CXSR");

　　

由于代码部分，我做了详尽的注释，所以这里不再过多的解释了。这里唯一需要注意的几点就是：

1. 用户态和内核态的数据交换，是需要通过copy_from_user或者copy_to_user来进行。

2. 设备初始化，需要先利用register_chrdev来注册字符设备，之后才能进行设备的创建操作。

3. 自动注册设备树，需要先进行class_create，之后才能进行device_create. 

4. insmod和rmmod命令的执行，分别对应led_init函数和led_exit函数。

Makefile制作

既然代码写好了，我们这里就需要来编译生成ko文件才行。我们来手写一个Makefile文件。

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KERNELDIR := /home/scy/linux-mi/linux-f1c100s-480272lcd-test/
 
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
 
obj-m := led1.o
 
build: kernel_modules
 
kernel_modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- ARCH=arm
clean:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

可以看到，整个文件内容比较少，其中KERNELDIR代表linux内核源码的目录，CURRENT_PATH则代表当前路径，kernel_modules则代表我们mak命令要执行的内容，需要注意的是，如果你的板子是ARM架构的，这里要加上ARCH=arm,如果你在编译内核的时候，有用到自己的交叉编译链，那么这里也需要指定一下CROSS_COMPILE，否则可能会因为内核编译方式不一样，导致生成的ko文件，不能被板子上的系统所加载。

执行make命令，可以看到如下熟悉的输出。

 之后，我们就可以看到led1.ko文件被生成了。

 开发板上跑起来

由于ko文件已经被生成，所以这里我们拿下tf卡，然后通过如下的命令，将我们的led1.ko，拷贝到media目录中去：

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sudo mkdir /mnt/sdb2             //创建一个临时目录
sudo mount /dev/sdb2 /mnt/sdb2   //将sdb2挂载到此临时目录
sudo cp led1.ko /mnt/sdb2/media //拷贝到sdb2/media目录下
sudo sync
sudo umount /dev/sdb2

拷贝完毕后，利用sudo minicom启动串口监听，之后去media目录，安装我们的驱动看看：

可以看到，驱动被成功的安装了，可以用lsmod命令看一下：

可以看到驱动成功的被加载了。那么这时候，我们通过cat /proc/devices命令看看字符设备是否成功注册：

这里我们也可以清晰的看到模块被注册完毕了。

之后我们利用rmmod led1.ko命令卸载下看看：

可以看到模块被成功卸载，同时再利用cat /proc/devices命令执行，发现字符设备已被注销掉了。

我们这里重新将驱动加载上，然后执行如下命令：

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#关闭led
echo off > /dev/LED
#打开led
echo on > /dev/LED

通过交换执行命令，我们发现板子上的led不时的亮灭，整体驱动成功！

 

参考资料：

纯代码点灯方式    ：https://www.cnblogs.com/y4247464/p/12379992.html
这篇参考文章也不错（此人写的一系列文章都可以的） ：https://www.cnblogs.com/y4247464/p/12370190.html
vscode搭建内核开发环境  ：https://blog.mxslly.com/archives/170.html
linux设备驱动程序--gpio控制   ：https://www.cnblogs.com/downey-blog/p/10501709.html

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