imx6ull-驱动开发篇12——GPIO子系统驱动LED
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前言
在之前的文章里，我们学习了pinctrl 子系统：驱动开发篇10——pinctrl 子系统，
也学习了gpio子系统：驱动开发篇11——gpio子系统。
本讲内容，我们先熟悉与 gpio 相关的 OF 函数，然后使用 pinctrl 和 gpio 子系统来完成 LED 灯驱动。
OF 函数
在驱动程序中需要读取 gpio 属性内容， Linux 内核提供了几个与 GPIO 有关的 OF 函数。
常用的几个 OF 函数如下所示：
| 函数名 | 功能描述 | 适用场景 |
|---|---|---|
| of_gpio_named_count | 统计指定属性包含的GPIO定义数量 | 需要统计非标准名称的GPIO属性 |
| of_gpio_count | 统计"gpios"属性的GPIO定义数量 | 快速统计标准gpios属性的GPIO数 |
| of_get_named_gpio | 获取指定属性的具体GPIO编号 | 实际获取GPIO编号进行硬件操作 |
函数原型如下：
// 1. 统计指定属性的GPIO数量（可统计任意属性）
int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname);
// 2. 统计"gpios"属性的GPIO数量（专用简化版）
int of_gpio_count(struct device_node *np);
// 3. 获取指定属性的GPIO编号（核心函数）
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,
const char *propname,
int index);
示例代码如下：
int init_gpios(struct device_node *np)
{
// 1. 统计GPIO数量
int gpio_cnt = of_gpio_count(np); // 统计标准"gpios"属性
// 或
int custom_cnt = of_gpio_named_count(np, "custom_gpios"); // 统计自定义属性
// 2. 获取具体GPIO编号
int main_gpio = of_get_named_gpio(np, "gpios", 0); // 获取第一个GPIO
int sec_gpio = of_get_named_gpio(np, "gpios", 1); // 获取第二个GPIO
// 3. 错误检查示例
if (main_gpio < 0) {
pr_err("Failed to get main GPIO\n");
return main_gpio;
}
return 0;
}实验程序编写
LED的驱动我们已经编写过很多个版本了，感兴趣的见如下链接：
本讲内容，我们使用 pinctrl 和 gpio 子系统来完成 LED 灯驱动。
修改设备树文件
添加 pinctrl 节点
正点原子I.MX6U-ALPHA 开发板上的 LED 灯使用了 GPIO1_IO03 这个 PIN。
打开 imx6ull-alientek-emmc.dts，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点。
“pinctrl_led”节点内容如下所示：
pinctrl_led: ledgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10B0 /* LED0 */
>;
};将 GPIO1_IO03 这个 PIN 复用为 GPIO1_IO03，电气属性值为 0X10B0。
添加 LED 设备节点
在根节点“/”下创建 LED 灯节点，节点名为“gpioled”，
“gpioled”节点内容如下：
gpioled {
#address-cells = <1>; // 子节点地址用1个u32表示
#size-cells = <1>; // 子节点大小用1个u32表示
compatible = "atkalpha-gpioled"; // 驱动匹配名称
pinctrl-names = "default"; // 引脚控制状态名称
pinctrl-0 = <&pinctrl_led>; // 默认状态使用的引脚配置组
led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; // GPIO控制引脚定义
status = "okay"; // 设备状态（启用）
};- pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点。
- led-gpio 属性指定了 LED 灯所使用的 GPIO：GPIO1 的 IO03，低电平有效。
驱动程序会获取 led-gpio 属性的内容来得到 GPIO 编号，因为 gpio 子系统的 API 操作函数需要 GPIO 编号。
检查 PIN 是否被其他外设使用
检查 PIN 有没有被其他外设使用包括两个方面：
- 检查 pinctrl 设置。
- 如果这个 PIN 配置为 GPIO 的话，检查这个 GPIO 是否被其它外设使用。
比如LED 灯使用的 PIN 为 GPIO1_IO03，在 imx6ull-alientek-emmc.dts文件里搜索对应关键词：
- 检查 GPIO_IO03 这个 PIN 有没有被其他的 pinctrl 节点使用，搜索GPIO_IO03；
- 检查其它外设是否使用了 GPIO1_IO03，搜索gpio1 3。
将imx6ull-alientek-emmc.dts文件里搜索到的代码都屏蔽掉：
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imx6ull-alientek-emmc.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：
LED 灯驱动程序编写
gpioled.c
gpioled.c 文件是led灯的驱动文件，相比之前的led驱动方法：
- 我们取消掉了配置寄存器的过程，改为使用 Linux 内核提供的 API 函数。
在 GPIO 操作上更加的规范化，符合 Linux代码框架，而且也简化了 GPIO 驱动开发的难度，以后所有例程用到 GPIO 的地方都可以这样开发。
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/* gpioled设备结构体 */
struct gpioled_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int led_gpio; /* led所使用的GPIO编号 */
};
struct gpioled_dev gpioled; /* led设备 */
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
if(ledstat == LEDON) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开LED灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭LED灯 */
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations gpioled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int ret = 0;
/* 设置LED所使用的GPIO */
/* 1、获取设备节点：gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
if(gpioled.nd == NULL) {
printk("gpioled node not find!\r\n");
return -EINVAL;
} else {
printk("gpioled node find!\r\n");
}
/* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的LED编号 */
gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
if(gpioled.led_gpio < 0) {
printk("can't get led-gpio");
return -EINVAL;
}
printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
/* 3、设置GPIO1_IO03为输出，并且输出高电平，默认关闭LED灯 */
ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!\r\n");
}
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */
gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);
/* 2、初始化cdev */
gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
/* 4、创建类 */
gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.class)) {
return PTR_ERR(gpioled.class);
}
/* 5、创建设备 */
gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.device)) {
return PTR_ERR(gpioled.device);
}
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&gpioled.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
class_destroy(gpioled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("huax");
ledApp.c
测试app也和之前的实验代码一致：
#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!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开led驱动 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("file %s open failed!\r\n", 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!\r\n");
close(fd);
return -1;
}
retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
if(retvalue < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}Makefile 文件
makefile文件只需要修改 obj-m 变量的值，改为 gpioled.o。
KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/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.json文件
vscode的c_cpp_properties.json文件里，头文件路径包含linux内核源码：
{
"configurations": [
{
"name": "Linux",
"includePath": [
"${workspaceFolder}/**",
"/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/include",
"/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include",
"/home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include/generated/"
],
"defines": [],
"compilerPath": "/usr/bin/gcc",
"cStandard": "c11",
"cppStandard": "c++17",
"intelliSenseMode": "clang-x64"
}
],
"version": 4
}运行测试
编译代码：
make -j32 //编译makefile文件arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp //编译测试程序将编译出来的 gpioled.ko 和 ledApp 这两个文件拷贝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板。
进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 gpioled.ko 驱动模块：
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe gpioled.ko //加载驱动驱动加载成功以后如图：
使用 ledApp 软件来测试驱动是否工作正常：
./ledApp /dev/gpioled 1 //打开 LED 灯./ledApp /dev/gpioled 0 //关闭 LED 灯要卸载驱动的话输入如下命令：
rmmod gpioled.ko
北京人形旗下天工造物具身智能开源社区，聚焦具身天工与慧思开物两大平台
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