GPIO子系统编写LED灯的驱动、linux内核定时器

2023-09-18 19:03:31

一、GPIO子系统

1.概念：

一个芯片厂商生产出芯片后会给linux提供一个当前芯片中gpio外设的驱动，我们当前只需要调用对应的厂商驱动即可完成硬件的控制。而linux内核源码中的gpio厂商驱动有很多，这里linux内核对厂商驱动做了一些封装，提供了一系列的API，我们在自己编写的设备驱动中只需要调用这些API即可访问对应的厂商驱动，进而完成GPIO的控制

2.API

添加LED的设备树节点

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>;

};

或者

myled{ led-gpios=<&gpioe 10 0>,<&gpiof 10 0>,<&gpioe 8 0>; };

执行make dtbs编译设备树，将编译生成的设备树镜像拷贝到~/tftpboot目录下，重启开发板

1）解析GPIO相关的设备树节点

        struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)

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（设备树节点指针）,const char *propname（gpio编号信息对应的键名）, int index（属性键值对中的索引号）)

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)

4）将gpio编号对应的gpio管脚设置为输出

        int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

5）设置gpio编号对应的gpio管脚 输出高低电平

        void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

6）获取gpio编号对应到的GPIO引脚状态值

        int gpio_get_value(unsigned gpio)

7）释放GPIO编号

        void gpio_free(unsigned gpio)

3.新版API

核心不再是GPIO编号，而是GPIO对象

1）在设备树节点中解析出GPIO对象，并向内核申请

struct gpio_desc *gpiod_get_from_of_node(struct device_node *node,

                        const char *propname, int index, enum gpiod_flags dflags, const char *label)

2）int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)

     int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc)

     void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value)

     int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc)

     void gpiod_put(struct gpio_desc *desc)//释放gpi对象指针

二、linux内核定时器

定时时间到达之后可以执行当前的定时器处理函数

1..jiffies

        内核中用于保存内核节拍数的一个变量。它的值从内核启动开始就不断从0开始增加。

2.内核频率

        内核节拍数一秒钟增加的数量被称为内核的频率，内核的频率在内核顶层目录下的.config文件中被设置

3.定时器启用相关的API

1）分配定时器对象

        struct timer_list mytimer;

2）初始化定时器对象

        void timer_setup(struct timer_list *timer, void (*func)(struct timer_list *), unsigned int flags);

3）注册定时器对象并启用定时器

       void add_timer(struct timer_list *timer) 

4）再次启用定时器

        int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)

5）注销定时器对象

        int del_timer(struct timer_list *timer)

三、任务

GPIO子系统编写LED灯的驱动（使用新版API）

head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__ 
//构建LED开关功能码，添加ioctl第三个参数
#define LED_ON _IO('l',1)
#define LED_OFF _IO('l',0)
#endif
myled.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/timer.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/io.h>
#include"head.h"
struct cdev* cdev;
unsigned int major=0;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
module_param(major,uint,0664);
struct class* cls;
struct device* dev;
struct device_node *dnode;
struct gpio_desc* gpiono1;
struct gpio_desc* gpiono2;
struct gpio_desc* gpiono3;
//封装操作的方法
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int min=MINOR(inode->i_rdev);
    file->private_data=(void *)min;
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
long mydev_ioctl(struct file* file,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{
    int min=(int)file->private_data;
    switch(min)
    {
        case 0:
            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:
            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:
            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=mydev_ioctl,
    .release=mycdev_close,
};
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");
   
   //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");

    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");

    //申请gpio对象
            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led1-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led2-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led3-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)
{
    //灭灯
    gpiod_set_value(gpiono1,0);
    gpiod_set_value(gpiono2,0);
    gpiod_set_value(gpiono3,0);
    //释放gpio编号
    gpiod_put(gpiono1);
    gpiod_put(gpiono2);
    gpiod_put(gpiono3);
    //释放节点信息
    int i;
    for(i=0;i<3;i++)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    //销毁目录
    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);
                                                                                                                                                 

}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
proc.c
#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;
}
测试过程：

make arch=arm modname=myled

arm-linux-gnueabihf-gcc proc.c

 cp a.out ~/nfs/rootfs

cp myled.ko ~/nfs/rootfs

insmod myled.ko 

 ./a.out 

 rmmod myled3

测试现象：

linux内核定时器实例代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/timer.h>
struct device_node *dnode;
struct gpio_desc* gpiono;
//分配定时器对象
struct timer_list mytimer;
//设置一个定时器处理函数
void mytimer_func(struct timer_list* timer)
{
    //LED1一秒亮一秒灭
    gpiod_set_value(gpiono,!gpiod_get_value(gpiono));
    //再次启动定时器
    mod_timer(timer,jiffies+HZ); 

}
static int __init mycdev_init(void)
{
    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");

    //申请gpio对象
    gpiono=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led1-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);
    if(IS_ERR(gpiono))
    {
        printk("申请gpio对象失败\n");
        return -ENXIO;
    }
    printk("申请gpio信息对象成功\n");

    //初始化定时器对象
    timer_setup(&mytimer,mytimer_func,0);
    mytimer.expires=jiffies+HZ;
    //注册定时器
    add_timer(&mytimer);

    return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //注销定时器
    del_timer(&mytimer);
    //灭灯
    gpiod_set_value(gpiono,0);
    //释放gpio编号
    gpiod_put(gpiono);

}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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