Linux 驱动入门（2）—— LED驱动

目录

前言

一、编译替换内核和设备树

二、GPIO子系统

1.引脚编号

2.基于sysfs操作引脚

3.GPIO子系统的函数

三、LED驱动编写

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前言

在这里主要记录学习韦东山老师Linux驱动课程的笔记，韦东山老师的驱动课程讲的非常好，想要学习驱动的小伙伴可以去b站学习他的课程。

一、编译替换内核和设备树

在编译驱动程序之前要先编译内核，原因有三点：

• 驱动程序要用到内核文件
• 编译驱动时用的内核、开发板上运行到内核，要一致
• 更换板子上的内核后，板子上的其他驱动也要更换

编译内核步骤看我之前写过的文章，编译替换内核_设备树_驱动_IMX6ULL-CSDN博客

二、GPIO子系统

1.引脚编号

在硬件上如何确定GPIO引脚？它属于哪组GPIO？它是这组GPIO里的哪个引脚？需要2个参数。

但是在Linux软件上，可以使用引脚编号来表示。

在开发板上执行如下命令查看已经在使用的GPIO状态：

cat /sys/kernel/debug/gpio

可以看到：在Linux系统中可以使用编号来访问某个GPIO。

那么怎么确定GPIO引脚的编号？

我们可以进入开发板的/sys/class/gpio目录下查看：

然后进入某个gpiochipXX目录，查看文件label的内容，就可以知道起始号码XX对于哪组GPIO：

2.基于sysfs操作引脚

查看原理图：

GPIO1：0~31

GPIO2：32~63

GPIO5：4 x 32 

GPIO5_3 : 4 x 32 + 3

可知LED引脚为 32 x 5 + 3 = 131

上电开发板，输入如图所示命令，实现点亮LED灯：

3.GPIO子系统的函数

GPIO子系统函数有新、老两套：

descriptor-based	legacy
获得GPIO
gpiod_get	gpio_request
gpiod_get_index
gpiod_get_array	gpio_request_array
devm_gpiod_get
devm_gpiod_get_index
devm_gpiod_get_array
设置方向
gpiod_direction_input	gpio_direction_input
gpiod_direction_output	gpio_direction_output
读值、写值
gpiod_get_value	gpio_get_value
gpiod_set_value	gpio_set_value
释放GPIO
gpio_free	gpio_free
gpiod_put	gpio_free_array
gpiod_put_array
devm_gpiod_put
devm_gpiod_put_array

三、LED驱动编写

驱动层编写思路：

• 注册函数申请GPIO，设置方向为输出，同时对应的反注册函数结束时就要释放GPIO
• 实现read函数获得应用层GPIO电平状态
• 实现write函数设置应用层GPIO电平状态

用到的函数：

• gpio_request
• gpio_direction_output
• gpio_free
• gpio_get_value
• gpio_set_value

应用层编写思路：实现控制LED亮灭，可读取GPIO电平状态

• ./led_test <0|1|2|..>  on 
• ./led_test <0|1|2|..>  off
• ./led_test <0|1|2|..>

驱动程代码：led_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>

struct gpio_desc{
	int gpio;
	int irq;
    char *name;
} ;

static struct gpio_desc gpios[] = {
    {131, 0, "myled", },
};

/* 主设备号     */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;

/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                  */
static ssize_t gpio_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	unsigned char ker_buf[2];
	
	/* 读取APP数据 */
	err = copy_from_user(ker_buf, buf, 2);

	if (size != 2)
		return -EINVAL;

	if (ker_buf[0] >= sizeof(gpios) / sizeof(gpios[0]))
		return -EINVAL;

	/* 返回数据给APP */
	ker_buf[1] = gpio_get_value(gpios[ker_buf[0]].gpio);
	err = copy_to_user(buf, ker_buf, 2);
    printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	return 2;
}

static ssize_t gpio_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	unsigned char ker_buf[2];
	
	/* 读取APP数据 */
	err = copy_from_user(ker_buf, buf, 2);
	
	if (size != 2)
		return -EINVAL;

	if (ker_buf[0] >= sizeof(gpios) / sizeof(gpios[0]))
		return -EINVAL;

			
	/* 操作GPIO引脚 */
    gpio_set_value(gpios[ker_buf[0]].gpio, ker_buf[1]);


	return 2;
}

/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations led_fops = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_drv_read,
	.write   = gpio_drv_write,
};


/* 在入口函数 */
static int __init led_drv_init(void)
{
    int err;
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	for (i = 0; i < count; i++)
	{		
		// set pin
		err = gpio_request(gpios[i].gpio, gpios[i].name);
		if (err < 0)
		{
			printk("can not request gpio %s %d\n", gpios[i].name, gpios[i].gpio);
			return -ENODEV;
		}

		gpio_direction_output(gpios[i].gpio, 1);
	}

	/* 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "led_drv", &led_fops);  /* /dev/gpio_desc */

	gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "led_drv_class");
	if (IS_ERR(gpio_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "led_drv");
		return PTR_ERR(gpio_class);
	}

	device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
	
	return err;
}

/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
 */
static void __exit led_drv_exit(void)
{
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(gpio_class);
	unregister_chrdev(major, "led_drv");

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		gpio_free(gpios[i].gpio);
	}
}

/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                      */

module_init(led_drv_init);
module_exit(led_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zgl <[email protected]>");

应用层代码：led_test.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define LED_Device "/dev/myled"

/*
./led_test <0|1|2|..>  on 
./led_test <0|1|2|..>  off
./led_test <0|1|2|..>
*/

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char buf[2];
	int ret;

	/* 1. 判断参数 */
	if (argc < 2)
	{
		printf("Usage: %s <0|1|2...> [on | off]\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(LED_Device, O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open led_device");
	}

	if (argc == 3)
	{
		/* write */
		buf[0] = strtol(argv[1], NULL, 0);
		if (strcmp(argv[2], "on") == 0)
		{
			buf[1] = 0;
		}
		else
		{
			buf[1] = 1;
		}
		ret = write(fd, buf, 2);
	}
	else
	{
		/* read */
		buf[0] = strtol(argv[1], NULL, 0);
		ret = read(fd, buf, 2);
		printf("led %d status is %s\n", buf[0], buf[1] == 0 ? "on" : "off");
	}

	close(fd);

	return 0;
}

Makefile：

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 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: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR =  /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o led_test led_test.c
clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order  led_test

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o



obj-m += led_drv.o

上机测试：