IMX6ULL开发平台Linux-LED实验

在前面的章节中，我们学习了解了字符设备驱动，以及如何在设备树文件中添加设备信息，接下来就来看一下i.MX6UL终结者开发板的实际硬件是如何添加的。我们先以最简单的LED设备来看一下具体的注册流程。

36.1 LED设备注册流程

在i.MX6UL终结者开发板上有一个LED设备，如果想要通过Linux系统/dev目录下的设备节点来控制LED，就需要在内核中添加LED的驱动，具体的流程可以分为下面几个步骤：

①　硬件原理图分析，确定控制LED的GPIO信息。

②　根据GPIO信息在设备树文件中添加pinctrl信息

③　在设备树中创建LED的设备节点，并加入GPIO信息

④　编写LED设备驱动程序

接下来根据上面这四步来添加一下LED的设备驱动。

36.2 LED硬件原理图分析

LED设备的硬件原理图如下所示：

LED设备的原理图很简单，LED一端接3.3V电源，另一端为控制引脚：GPIO_3，通过控制GPIO_3的高低电平来控制LED的亮灭。所以我们确认LED设备只使用了一个控制引脚：GPIO_3。

36.3 修改设备树文件

在引脚原理图分析中确认了LED的控制GPIO信息，接下来就要修改设备树文件。

36.3.1 添加pinctrl信息

在i.MX6UL终结者开发板中使用GPIO_3这个引脚来控制LED设备。打开topeet_emmc_4_3.dts文件在iomux节点的imx6ul-evk子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点，具体内容如下：

&iomuxc {

        pinctrl-names = "default";

        pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;

        imx6ul-evk {

pinctrl_led: gpio-led {

fsl,pins = <mx6ul_pad_gpio1_io03__gpio1_io03  0x10b0>;

};

}

};

在pinctrl_gpio_leds节点中将GPIO_3引脚的复用功能定义为GPIO1_IO03，即为一个普通的输入输出引脚。宏定义MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03定义在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h目录下。

36.3.2 添加LED设备节点

在topeet_emmc_4_3.dts文件下，在根节点“/”下创建LED节点，节点名为“gpioled”，具体内容如下：

1 gpioled {

2  #address-cells = <1>;

3 #size-cells = <1>;

4 compatible = "gpioled";

5 pinctrl-names = "default";

6 pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;

7 led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;

8 status = "okay";

9 };

第6行，pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的GPIO对应的 pinctrl 节点。

第7行，led-gpio属性指定了LED使用的GPIO为GPIO1的IO3引脚，低电平有效，在驱动程序中会获取led-gpio属性的内容来得到GPIO编号，因为gpio子系统的操作控制函数需要GPIO编号。

添加完LED的设备节点后，还有一个重要的步骤，就是检查GPIO引脚有没有被其他设备使用。一个引脚只能配置成一个功能，如果有其他设备也使用了这个GPIO，那么会导致在LED驱动程序中GPIO初始化失败。这一点非常重要。

检查GPIO引脚有没有被其他设备使用包括两个方面：

①　检查pinctrl设置

②　检查这个GPIO有没有被别的设备使用

LED设备使用的是GPIO1_IO03，首先检查GPIO1_IO03这个引脚有没有其他pinctrl节点的设置。在topeet_emmc_4_3.dts文件中找到了如下内容：

pinctrl_tsc: tscgrp {

      fsl,pins = <

               MX6UL_PAD_GPIO1_IO01__GPIO1_IO01        0xb0

               MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02        0xb0

               MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03        0xb0

               MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04        0xb0

              >;

  };

GPIO1_IO03引脚也在pinctrl_tsc节点中定义了，pinctrl_tsc 节点是 TSC(电阻触摸屏接口)的 pinctrl 节点，而在i.MX6UL终结者开发板中并没有用到这个接口，因此我们要将pinctrl_tsc节点下的GPIO1_IO03引脚的定义注释掉。和 C 语言一样，在要屏蔽的内容前后加上“/*”和“*/”符号即可。

既然有其他设备配置了GPIO1_IO03引脚的pinctrl信息，应该会有使用使用这个pinctrl节点的设备节点，在topeet_emmc_4_3.dts文件中查找一下pinctrl_tsc或者直接查找“gpio1 3”，查找内容如下：

 

1 &tsc {

2        pinctrl-names = "default";

3        pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc>;

4        xnur-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;

5        measure-delay-time = <0xffff>;

6        pre-charge-time = <0xfff>;

7        status = "disabled";

8 };

可以看出第4行xnur-gpio属性使用了“gpio1 3”，同意需要把这一行也注释掉。然后继续按照上面步骤搜索，看看还有没有其他设备使用了GPIO1_IO03引脚。

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 topeet_emmc_4_3.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(具体作用还要驱动验证)，结果如下图所示：

请继续：IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(二)

上部分内容IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(一)36.4 编写LED驱动程序

本实验例程路径：i.MX6UL终结者光盘资料/06_Linux驱动例程/02_gpioled

在设备树文件中添加完LED设备信息后，就可以编写LED的驱动程序了，创建gpioled.c文件，具体驱动内容如下所示：

  1   #include

  2   #include

  3   #include

  4   #include

  5   #include

  6   #include

  7   #include

  8   #include

  9   #include

10   #include

11   #include

12   #include

13   #include

14   #include

15   #include

16   #include

17

18   #define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */

19   #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */

20   #define LEDOFF 0 /* 关灯 */

21   #define LEDON 1 /* 开灯 */

22

23   /* gpioled 设备结构体 */

24   struct gpioled_dev{

25         dev_t devid; /* 设备号 */

26         struct cdev cdev; /* cdev */

27         struct class *class; /* 类 */

28         struct device *device; /* 设备 */

29         int major; /* 主设备号 */

30         int minor; /* 次设备号 */

31         struct device_node *nd; /* 设备节点 */

32         int led_gpio; /* led 所使用的 GPIO 编号 */

33   };

34

35   struct gpioled_dev gpioled; /* led 设备 */

36

37   /*

38    * @description : 打开设备

39    * @param – inode : 传递给驱动的 inode

40    * @param – filp : 设备文件，file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量

41    * 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。

42    * @return : 0 成功;其他 失败

43    */

44   static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)

45   {

46         filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */

47         return 0;

48   }

49

50   /*

51    * @description : 从设备读取数据

52    * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)

53    * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区

54    * @param - cnt : 要读取的数据长度

55    * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移

56    * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败

57    */

58   static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,

59                 size_t cnt, loff_t *offt)

60   {

61         return 0;

62   }

63

64   /*

65    * @description : 向设备写数据

66    * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符

67    * @param - buf : 要写给设备写入的数据

68    * @param - cnt : 要写入的数据长度

69    * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移

70    * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败

71    */

72   static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,

73                 size_t cnt, loff_t *offt)

74   {

75         int retvalue;

76         unsigned char databuf[1];

77         unsigned char ledstat;

78         struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;

79

80         retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);

81         if(retvalue < 0) {

82                 printk("kernel write failed! ");

83                 return -EFAULT;

84         }

85

86         ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */

87

88         if(ledstat == LEDON) {

89                 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开 LED 灯 */

90         } else if(ledstat == LEDOFF) {

91                 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭 LED 灯 */

92         }

93         return 0;

94   }

95

96   /*

97    * @description : 关闭/释放设备

98    * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)

99    * @return : 0 成功;其他 失败

100    */

101   static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)

102   {

103         return 0;

104   }

105

106   /* 设备操作函数 */

107   static struct file_operations gpioled_fops = {

108         .owner = THIS_MODULE,

109         .open = led_open,

110         .read = led_read,

111         .write = led_write,

112         .release = led_release,

113   };

114

115   /*

116    * @description : 驱动入口函数

117    * @param : 无

118    * @return : 无

119    */

120   static int __init led_init(void)

121   {

122         int ret = 0;

123

124         /* 设置 LED 所使用的 GPIO */

125         /* 1、获取设备节点：gpioled */

126         gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");

127         if(gpioled.nd == NULL) {

128                 printk("gpioled node cant not found! ");

129                 return -EINVAL;

130         } else {

131                 printk("gpioled node has been found! ");

132         }

133

134         /* 2、 获取设备树中的 gpio 属性，得到 LED 所使用的 LED 编号 */

135         gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);

136         if(gpioled.led_gpio < 0) {

137                 printk("can't get led-gpio");

138                 return -EINVAL;

139         }

140         printk("led-gpio num = %d ", gpioled.led_gpio);

141

142        /* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出，并且输出高电平，默认关闭 LED 灯 */

143         ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);

144         if(ret < 0) {

145                 printk("can't set gpio! ");

146         }

147

148         /* 注册字符设备驱动 */

149         /* 1、创建设备号 */

150         if (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */

151                 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);

152                 register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT,

153                                 GPIOLED_NAME);

154         } else { /* 没有定义设备号 */

155                 alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT,

156                                 GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */

157                 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */

158                 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */

159         }

160         printk("gpioled major=%d,minor=%d ",gpioled.major,

161                         gpioled.minor);

162

163         /* 2、初始化 cdev */

164         gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;

165         cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);

166

167         /* 3、添加一个 cdev */

168         cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);

169

170         /* 4、创建类 */

171         gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);

172         if (IS_ERR(gpioled.class)) {

173                 return PTR_ERR(gpioled.class);

174         }

175

176         /* 5、创建设备 */

177         gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,

178                         gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);

179         if (IS_ERR(gpioled.device)) {

180                 return PTR_ERR(gpioled.device);

181         }

182         return 0;

183   }

184

185   /*

186      189 * @description : 驱动出口函数

187    * @param : 无

188    * @return : 无

189    */

190   static void __exit led_exit(void)

191   {

192         /* 注销字符设备驱动 */

193         cdev_del(&gpioled.cdev); /* 删除 cdev */

194         unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销 */

195

196         device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);

197         class_destroy(gpioled.class);

198   }

199

200   module_init(led_init);

201   module_exit(led_exit);

202   MODULE_LICENSE("GPL");

203   MODULE_AUTHOR("topeet");

第24~33行，创建一个led的设备结构体，包含一些私有数据。

第46行，当使用open函数时，将设备结构体变量 gpioled 设置为 filp 的私有数据 private_data。

第72~94行，实现write函数，函数中根据指令选择打开或关闭LED灯。

第135行，通过函数 of_get_named_gpio 函数获取 LED 所使用的 LED 编号。相当于将gpioled 节点中的“led-gpio”属性值转换为对应的 LED 编号。

第171、177行，创建类和设备，实现模块加载时自动在/dev目录下创建设备文件。

36.5 编写应用测试程序

创建应用测试程序gpioled_test.c，内容如下：

#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! ");

                return -1;

        }

 

        filename = argv[1];

 

        /* 打开 led 驱动 */

        fd = open(filename, O_RDWR);

        if(fd < 0){

                printf("file %s open failed! ", 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! ");

                close(fd);

                return -1;

        }

        retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */

        if(retvalue < 0){

                printf("file %s close failed! ", argv[1]);

                return -1;

        }

        return 0;

}

gpioled_test.c应用测试程序还是比较简单的，就是对LED驱动的打开、关闭、写操作，在运行程序时需要指定设备文件名称和要执行的操作。

36.6 编译运行测试36.6.1 编译LED驱动文件

和前面章节中驱动测试程序一样需要一个Makefile文件，只是将obj-m的值改为gpioled.o，Makefile文件内容如下：

KERNELDIR := /home/topeet/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga

CURRENT_PATH := $(shell pwd)

obj-m := gpioled.o

 

build: kernel_modules

 

kernel_modules:

        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules

clean:

        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

首先我们在终端输入两个命令（设置两个环境变量）：

export ARCH=arm

export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

然后执行“make”命令编译模块，编译完成生成gpioled.ko，如下图所示：

36.6.2 编译应用测试程序

输入如下命令编译应用测试程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc  -o  gpioled_test  gpioled_test.c

编译完成后，会生成gpioled_test可执行文件。如下图所示：

36.6.3 运行测试

启动开发板，将编译好的gpioled.ko驱动模块和gpioled_test应用测试文件拷贝到/lib/modules/4.1.15目录下（检查开发板根文件系统中有没有“/lib/modules/4.1.15”这个目录，如果没有的话需要自行创建一下。开发板中使用的是光盘资料里面提供的busybox文件系统，光盘资料的“i.MX6UL终结者光盘资料8_开发板系统镜像3_文件系统镜像1_Busybox文件系统”目录下）。输入下面命令加载模块：

depmod

modprobe gpioled

驱动加载成功后，显示下面的信息：

可以看出模块加载成功，打印了一下基本信息。

然后使用gpioled_test应用测试程序来进行测试LED驱动是否可行。执行下面的命令来打开LED灯：

./gpioled_test /dev/gpioled 1

然后观察开发板上的LED红灯是否点亮，如果点亮的话，说明驱动工作正常。

然后输入下面的命令关闭LED灯：

./gpioled_test /dev/gpioled 0

观察LED灯是否熄灭。

卸载驱动使用下面的命令：

rmmod gpioled