驱动开发---基于gpio子系统编写LED灯的驱动

2023-09-18 19:48:48

一、GPIO子系统相关API

1.解析GPIO相关的设备树节点

struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
功能：根据设备树节点路径解析设备树节点信息
参数：
path：设备树所在的节点路径   /mynode@0X12345678
返回值：成功返回目标节点首地址，失败返回NULL

2.根据解析的GPIO相关节点信息获取GPIO编号

#include<linux/of_gpio.h>
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,const char *propname, int index)
功能：获取GPIO编号
参数：
    np:设备树节点指针
    proname:gpio编号信息对应到的键名
    index:管脚在这个属性键值对中的索引号
返回值：成功返回GPIO编号，失败返回错误码

3.向内核申请要使用的GPIO编号

#include<linux/gpio.h>
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
功能：申请GPIO编号
参数：
    gpio:要申请的GPIO编号
    label:标签，填NULL
返回值：成功返回0，失败返回错误码
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
功能：将gpio编号对应的gpio管脚设置为输入
参数：
    gpio：gpio编号
返回值:成功返回0，失败返回错误码
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
功能：将gpio编号对应的gpio管脚设置为是输出
参数：
    gpio:gpio编号
    value:默认的输出值  （1）输出高电平  （0）输出低电平
返回值：成功返回0，失败返回错误码
void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
功能：设置gpio编号对应的gpio管脚 输出高低电平
参数：
    gpio:gpio编号
    value:默认的输出值  （1）输出高电平  （0）输出低电平
返回值：无 
int gpio_get_value(unsigned gpio)
功能：获取gpio编号对应到的GPIO引脚状态值
参数：
gpio:gpio编号
返回值：1（高电平）  0（低电平状态）
void gpio_free(unsigned gpio)
功能：释放GPIO编号
参数：要释放的gpio编号

二、添加LED的设备树节点信息

在stm32mp157a-fsmp1a.dts文件的根节点中添加如下内容

myled{
    led1-gpio=<&gpioe 10 0>;//10表示使用的gpioe第几个管脚  0，表示gpio默认属性
    led2-gpio=<&gpiof 10 0>;
    led3-gpio=<&gpioe 8 0>;
};

三、基于gpio子系统编写LED灯的驱动

1.头文件

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__ 
typedef struct{
    unsigned int MODER;
    unsigned int OTYPER;
    unsigned int OSPEEDR;
    unsigned int PUPDR;
    unsigned int IDR;
    unsigned int ODR;
}gpio_t;
#define PHY_LED1_ADDR 0X50006000
#define PHY_LED2_ADDR    0X50007000
#define PHY_LED3_ADDR 0X50006000
#define PHY_RCC_ADDR    0X50000A28
 
//构建LED开关的功能码
#define LED_ON _IO('l',1)
#define LED_OFF _IO('l',0)
#endif

2.测试文件

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "head.h"
int main(int argc, const char *argv[])
{
	char buf[128] = "";
	int a;
	int fd;
	while (1)
	{
	printf("请选择要打开的灯(1,2,3)\n");
	scanf(" %d", &a);
	switch (a)
	{
	case 1:
		fd = open("/dev/myled0", O_RDWR);
		if (fd < 0)
		{
			printf("设备文件打开失败\n");
			exit(-1);
		}
		printf("打开文件myled0成功\n");
		break;
	case 2:
		fd = open("/dev/myled1", O_RDWR);
		if (fd < 0)
		{
			printf("设备文件打开失败\n");
			exit(-1);
		}
		printf("打开文件myled1成功\n");
		break;
	case 3:
		fd = open("/dev/myled2", O_RDWR);
		if (fd < 0)
		{
			printf("设备文件打开失败\n");
			exit(-1);
		}
		printf("打开文件myled2成功\n");
		break;
		default:
			printf("请输入范围内的数\n");
	}
	
		int b;
		printf("请开灯关灯(0/1)\n");
		scanf(" %d",&b);
		switch(b)
		{
			case 1:
				ioctl(fd,LED_ON);
				break;
			case 0:
				ioctl(fd,LED_OFF);
				break;
			default:
				printf("请输入'0'或'1'\n");
		}
		close(fd);
		printf("关闭文件\n");		
	}
	
	return 0;
}

3.驱动文件

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include<linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/device.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/slab.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include "head.h"
 
struct cdev *cdev;
char kbuf[128]={0};
unsigned int major=0;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
module_param(major,uint,0664);//方便在命令行传递major的值
struct class*cls;
struct device *dev;
 
gpio_t *vir_led1;
gpio_t *vir_led2;
gpio_t *vir_led3;
unsigned int *vir_rcc;
struct device_node *dnode;
struct gpio_desc *gpiono1;
struct gpio_desc *gpiono2; 
struct gpio_desc *gpiono3;  
 
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int min=MINOR(inode->i_rdev);//根据打开的文件对应的设备号获取次设备号
    file->private_data=(void *)min;
    printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    return 0;
}
 
long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	int min=(int)file->private_data;
   
	switch(min)
	{
	case 0://控制LED1
		switch (cmd)
		{
		case LED_ON: // 开灯
			gpiod_set_value(gpiono1,1);
			break;
		case LED_OFF://关灯
			gpiod_set_value(gpiono1,0);
			break;
		}
		break;

	case 1://控制LED2
      
		switch (cmd)
		{
            case LED_ON: // 开灯
			gpiod_set_value(gpiono2,1);
			break;
		case LED_OFF://关灯
			gpiod_set_value(gpiono2,0);
			break;
		}
		break;
	case 2://控制LED3
       
		switch (cmd)
		{
            case LED_ON: // 开灯
			gpiod_set_value(gpiono3,1);
			break;
		case LED_OFF://关灯
			gpiod_set_value(gpiono3,0);
			break;
		}
		break;
    }
    return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    return 0;
}
 
// 定义操作方法结构体变量并赋值
struct file_operations fops = {
 
    .open = mycdev_open,
    .unlocked_ioctl = mycdev_ioctl,
    .release = mycdev_close,
};
 
int all_led_init(void)
{
    // 寄存器地址的映射
    vir_led1 = ioremap(PHY_LED1_ADDR, sizeof(gpio_t));
    if (vir_led1 == NULL)
    {
        printk("ioremap filed：%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }
    vir_led2 = ioremap(PHY_LED2_ADDR, sizeof(gpio_t));
    if (vir_led2 == NULL)
    {
        printk("ioremap filed：%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }
    vir_led3 = vir_led1;
    vir_rcc = ioremap(PHY_RCC_ADDR, 4);
    if (vir_rcc == NULL)
    {
        printk("ioremap filed：%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }
    printk("物理地址映射成功\n");
    // 寄存器的初始化
    // rcc
    (*vir_rcc) |= (0X3 << 4);
    // led1
    vir_led1->MODER &= (~(3 << 20));
    vir_led1->MODER |= (1 << 20);
    vir_led1->ODR &= (~(1 << 10));
    // led2
    vir_led2->MODER &= (~(3 << 20));
    vir_led2->MODER |= (1 << 20);
    vir_led2->ODR &= (~(1 << 10));
    // led3
    vir_led3->MODER &= (~(3 << 16));
    vir_led1->MODER |= (1 << 16);
    vir_led1->ODR &= (~(1 << 8));
    printk("寄存器初始化成功\n");
 
    return 0;
}
 
static int __init mycdev_init(void)
{
     int ret;
    //为字符设备驱动对象申请空间
    cdev=cdev_alloc();
    if(cdev==NULL)
    {
        printk("字符设备驱动对象申请空间失败\n");
        ret=-EFAULT;
        goto out1;
    }
    printk("申请对象空间成功\n");
    //初始化字符设备驱动对象
    cdev_init(cdev,&fops);
    //申请设备号
    if(major>0)//静态指定设备号
    {
        ret=register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"myled");
        if(ret)
        {
            printk("静态申请设备号失败\n");
            goto out2;
        }
    }
    else if(major==0)//动态申请设备号
    {
        ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"myled");
        if(ret)
        {
            printk("动态申请设备号失败\n");
            goto out2;
        }
        major=MAJOR(devno);//获取主设备号
        minor=MINOR(devno);//获取次设备号
 
    }
    printk("申请设备号成功\n");
    //注册字符设备驱动对象
    ret=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);
    if(ret)
    {
        printk("注册字符设备驱动对象失败\n");
        goto out3;
    }
    printk("注册字符设备驱动对象成功\n");
	
	//寄存器映射及初始化
	all_led_init();
 
    //向上提交目录信息
    cls=class_create(THIS_MODULE,"myled");
    if(IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录失败\n");
        ret=-PTR_ERR(cls);
        goto out4;
    }
    printk("向上提交目录成功\n");
    //向上提交设备节点信息
    int i;
    for(i=0;i<3;i++)
    {
        dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"myled%d",i);
        if(IS_ERR(dev))
        {
            printk("向上提交设备节点信息失败\n");
            ret=-PTR_ERR(dev);
            goto out5;
        }
    }
    printk("向上提交设备信息成功\n");
     //解析LED的设备树节点
    dnode=of_find_node_by_path("/myled");
    if(dnode==NULL)
    {
        printk("解析设备树节点失败\n");
        return -ENXIO;
    }
    printk("解析GPIO信息成功\n");
    gpiono1=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led1-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);
        if(IS_ERR(gpiono1))
        {
            printk("申请gpio对象失败\n");
            return -ENXIO;
        }
        printk("申请gpio信息对象成功\n");

    gpiono2=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led2-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);
        if(IS_ERR(gpiono2))
        {
            printk("申请gpio对象失败\n");
            return -ENXIO;
        }
        printk("申请gpio信息对象成功\n");
    gpiono3=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led3-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);
        if(IS_ERR(gpiono3))
        {
            printk("申请gpio对象失败\n");
            return -ENXIO;
        }
        printk("申请gpio信息对象成功\n");




    return 0;
out5:
    //释放前一次提交成功的设备信息
    for(--i;i>=0;i--)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    class_destroy(cls);//释放目录
out4:
    cdev_del(cdev);
out3:
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
out2:
    kfree(cdev);
out1:
    return ret;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //释放对象指针
    gpiod_put(gpiono1);
    gpiod_put(gpiono2);
    gpiod_put(gpiono3);
    /*销毁设备节点信息*/
    int i;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        device_destroy(cls, MKDEV(major, i));
    }
    // 销毁目录信息
    class_destroy(cls);
	//注销驱动对象
    cdev_del(cdev);
    //释放设备号
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
    //释放对象空间
    kfree(cdev);
    // 取消地址映射
    iounmap(vir_led1);
    iounmap(vir_led2);
    iounmap(vir_rcc);
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4.Makefile

modname?=demo  #给定一个默认的模块名
arch?=arm #给定一个架构的模块名
ifeq ($(arch),arm)#判断要编译的架构进而使用不同的Makefile规则进行编译
#定义变量存放内核源码顶层路径
KERNELDIR:= /home/ubuntu/FSMP1A/linux-stm32mp-5.10.61-stm32mp-r2-r0/linux-5.10.61 #用于编译生成ARM架构的模块
else
KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build  #用于生成x86架构的模块
endif

#定义变量保存模块化编译的文件的路径
PWD:= $(shell pwd)
all:
#make modules是模块化编译的命令
#make -C $(KERNELDIR)表示读取KERNELDIR路径下的Makefile进行make编译
#M=$(PWD)指定模块化编译的路径
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean: #编译清除
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean

obj-m:=$(modname).o  #指定将demo.o独立链接生成内核模块文件

5.测试

1.make arch=arm modname=myled

2.arm-linux-gnueabihf-gcc main.c

3.cp a.out ~/nfs/rootfs

4.cp myled.ko ~/nfs/rootfs

 6.测试结果

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