【正点原子FPGA连载】第二十六章 Linux蜂鸣器驱动实验--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

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第二十六章Linux蜂鸣器驱动实验

上一章实验中我们借助gpio子系统编写了LED灯驱动，领航者开发板上还有一个蜂鸣器，从软件的角度考虑，蜂鸣器驱动和LED灯驱动其实是一摸一样的，都是控制IO输出高低电平。本章我们就来学习编写蜂鸣器的Linux驱动，也算是对上一章讲解的gpio子系统的巩固。

1.1 有源蜂鸣器简介

蜂鸣器常用于计算机、打印机、报警器、电子玩具等电子产品中，常用的蜂鸣器有两种：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，这里的有“源”不是电源，而是震荡源，有源蜂鸣器内部带有震荡源，所以有源蜂鸣器只要通电就会叫。无源蜂鸣器内部不带震荡源，直接用直流电是驱动不起来的，需要2K-5K的方波去驱动。领航者开发板使用的是有源蜂鸣器，因此只要给其供电就会工作，开发板所使用的有源蜂鸣器如下图所示：

图 24.1.1 有源蜂鸣器

有源蜂鸣器只要通电就会叫，所以我们可以做一个供电电路，这个供电电路可以由一个IO来控制其通断，一般使用三极管来搭建这个电路。为什么我们不能像控制LED灯一样，直接将GPIO接到蜂鸣器的负极，通过IO输出高低来控制蜂鸣器的通断。因为蜂鸣器工作的电流比LED灯要大，直接将蜂鸣器接到开发板的GPIO上有可能会烧毁IO，所以我们需要通过一个三极管来间接的控制蜂鸣器的通断，相当于加了一层隔离。本章我们就驱动开发板上的有源蜂鸣器，使其周期性的“滴、滴、滴…..”鸣叫。

本节我们来看一下如果在Linux下编写蜂鸣器驱动需要做哪些工作：

①     在设备树中创建蜂鸣器节点beeper；

②     在蜂鸣器节点beeper中指定gpio；

③     编写驱动程序和测试APP，和第二十七章的LED驱动程序和测试APP基本一样。

接下来我们就根据上面这三步来编写蜂鸣器Linux驱动程序。

1.2 硬件原理图分析

打开领航者底板原理图文件，找到蜂鸣器电路原理图，如下所示：

图 24.2.1 蜂鸣器原理图

图 39.2.1中通过一个NPN型的三极管S8050来驱动蜂鸣器，通过BEEP这个IO来控制三极管Q1的导通，当BEEP输出高电平的时候Q1导通，相当于蜂鸣器的负极连接到GND，蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当BEEP输出低电平的时候Q1不导通，那么蜂鸣器就没有形成一个通路，因此蜂鸣器也就不会鸣叫。

在原理图中搜索“BEEP”标号，可知BEEP连接到了ZYNQ的G18引脚，如下所示：

图24.2.2 BEEP管脚

G18并不是MIO引脚，而是PL端的IO引脚，但是PS可以通过EMIO来连接PL端引脚，关于MIO和EMIO的详细内容请大家阅读《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的第二和第三章的内容，这里就不给大家做过多的介绍。

本篇驱动开发篇使用的hdf文件对应的vivado工程，是笔者配置的，使能了EMIO，并将G18引脚绑定到了EMIO，如下所示：

图24.2.3 EMIO连接G18引脚

所以由上面可以知道，G18连接到了EMIO的第7个引脚emio[6]，由于EMIO对应的GPIO起始编号是从54开始的，所以由此可知emio[6]对应的就是GPIO 60（54+ 6），关于MIO和EMIO编号的问题在《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的第二和第三章有详细的说明。

所以目标很明确了，蜂鸣器就是通过GPIO60控制的，那么在我们的驱动代码当中就是对GPIO 60进行控制从而控制蜂鸣器鸣叫和关闭！

1.3 实验程序编写

本实验对应的例程路径为：ZYNQ开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7010\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\6_beeper。

本章也是直接在前面的实验当中进行修改。

1.3.1 修改设备树文件

打开system-top.dts文件，在根节点“/”下创建一个名为beeper的节点，节点内容如下：

示例代码28.3.1.1 system-top.dts蜂鸣器节点beeper

1. beeper {
   
2.      compatible = "alientek,beeper";
   
3.      status = "okay";
   
4.      default-state= "off";
   
5.      beeper-gpio = <&gpio060 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
   
6. };

复制代码

第43行，设置beeper节点的compatible属性为“alientek,beeper”，我们在驱动代码中会区匹配这个属性的值。

第45行，将default-state属性的值设置为“off”，我们在代码中会根据default-state属性的值来设置蜂鸣器的初始化状态。

第46行，beeper-gpio属性指定所需的GPIO。

设备树编写完成以后使用下面这条命令重新编译设备树，如下所示：

图24.3.1 重新编译设备树

将编译出来的system-top.dtb文件重命名为system.dtb，然后将system.dtb文件拷贝到开发板SD启动卡的FAT分区，替换旧的dtb文件。替换成功之后重新启动成功开发板，以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beeper”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结果如下图所示：

图 24.3.2 beeper节点

1.3.2 蜂鸣器驱动程序编写

设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，在我们的drivers目录下新建名为“6_beeper”的文件夹，然后在6_beeper文件中新建beeper.c文件，在beeper.c里面输入如下内容：

示例代码28.3.2.1 beeper.c文件内容

1. /***************************************************************
   
2. Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
   
3.   文件名    : beeper.c
   
4.   作者      : 邓涛
   
5.   版本      : V1.0
   
6.   描述      : 领航者开发板蜂鸣器驱动文件。
   
7.   其他      : 无
   
8.   论坛      : www.openedv.com
   
9.   日志      : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <linux/types.h>
    
13. #include <linux/kernel.h>
    
14. #include <linux/delay.h>
    
15. #include <linux/ide.h>
    
16. #include <linux/init.h>
    
17. #include <linux/module.h>
    
18. #include <linux/errno.h>
    
19. #include <linux/gpio.h>
    
20. #include <asm/mach/map.h>
    
21. #include <asm/uaccess.h>
    
22. #include <asm/io.h>
    
23. #include <linux/cdev.h>
    
24. #include <linux/of.h>
    
25. #include <linux/of_address.h>
    
26. #include <linux/of_gpio.h>
    
27. 
    
28. #defineBEEPER_CNT      1         /* 设备号个数 */
    
29. #defineBEEPER_NAME     "beeper"  /* 名字 */
    
30. 
    
31. /*dtsled设备结构体 */
    
32. structbeeper_dev {
    
33.     dev_t devid;            /* 设备号 */
    
34.     struct cdev cdev;       /* cdev */
    
35.     struct class *class;    /* 类 */
    
36.     struct device *device;  /* 设备 */
    
37.     int major;              /* 主设备号 */
    
38.     int minor;              /* 次设备号 */
    
39.     struct device_node *nd; /* 设备节点 */
    
40.     int gpio;               /* LED所使用的GPIO编号 */
    
41. };
    
42. 
    
43. static structbeeper_dev beeper;  /* led设备 */
    
44. 
    
45. /*
    
46. *@description         : 打开设备
    
47. *@param – inode       : 传递给驱动的inode
    
48. *@param - filp        : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
    
49. *                        一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
    
50. *@return              : 0 成功;其他 失败
    
51. */
    
52. static intbeeper_open(struct inode *inode, struct file*filp)
    
53. {
    
54.     return 0;
    
55. }
    
56. 
    
57. /*
    
58. *@description         : 从设备读取数据
    
59. *@param - filp        : 要打开的设备文件(文件描述符)
    
60. *@param - buf         : 返回给用户空间的数据缓冲区
    
61. *@param - cnt         : 要读取的数据长度
    
62. *@param - offt        : 相对于文件首地址的偏移
    
63. *@return              : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
    
64. */
    
65. staticssize_t beeper_read(struct file*filp, char__user *buf,
    
66.             size_t cnt,loff_t *offt)
    
67. {
    
68.     return 0;
    
69. }
    
70. 
    
71. /*
    
72. *@description         : 向设备写数据
    
73. *@param - filp        : 设备文件，表示打开的文件描述符
    
74. *@param - buf         : 要写给设备写入的数据
    
75. *@param - cnt         : 要写入的数据长度
    
76. *@param - offt        : 相对于文件首地址的偏移
    
77. *@return              : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
    
78. */
    
79. staticssize_t beeper_write(struct file*filp, const char__user *buf,
    
80.             size_t cnt,loff_t *offt)
    
81. {
    
82.     int ret;
    
83.     char kern_buf[1];
    
84. 
    
85.     ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt);  // 得到应用层传递过来的数据
    
86.     if(0 > ret) {
    
87.         printk(KERN_ERR"kernel write failed!\r\n");
    
88.         return -EFAULT;
    
89.     }
    
90. 
    
91.     if (0 ==kern_buf[0])
    
92.         gpio_set_value(beeper.gpio, 0); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
    
93.     else if (1 ==kern_buf[0])
    
94.         gpio_set_value(beeper.gpio, 1); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
    
95. 
    
96.     return 0;
    
97. }
    
98. 
    
99. /*
    
100.   * @description         : 关闭/释放设备
     
101.   * @param – filp        : 要关闭的设备文件(文件描述符)
     
102.   * @return              : 0 成功;其他 失败
     
103.   */
     
104. static intbeeper_release(struct inode *inode, struct file*filp)
     
105. {
     
106.      return 0;
     
107. }
     
108. 
     
109. /* 设备操作函数 */
     
110. static structfile_operations beeper_fops = {
     
111.      .owner   = THIS_MODULE,
     
112.      .open    =beeper_open,
     
113.      .read    =beeper_read,
     
114.      .write   = beeper_write,
     
115.      .release= beeper_release,
     
116. };
     
117. 
     
118. static int__init beeper_init(void)
     
119. {
     
120.      const char *str;
     
121.      int ret;
     
122. 
     
123.      /* 1.获取beeper设备节点 */
     
124.      beeper.nd =of_find_node_by_path("/beeper");
     
125.      if(NULL ==beeper.nd) {
     
126.          printk(KERN_ERR"beeper: Failed to get beeper node\n");
     
127.          return -EINVAL;
     
128.      }
     
129. 
     
130.      /* 2.读取status属性 */
     
131.      ret =of_property_read_string(beeper.nd, "status", &str);
     
132.      if(!ret) {
     
133.          if (strcmp(str, "okay"))
     
134.              return -EINVAL;
     
135.      }
     
136. 
     
137.      /* 2、获取compatible属性值并进行匹配 */
     
138.      ret =of_property_read_string(beeper.nd, "compatible", &str);
     
139.      if(0 > ret) {
     
140.          printk(KERN_ERR"beeper: Failed to get compatible property\n");
     
141.          return ret;
     
142.      }
     
143. 
     
144.      if (strcmp(str, "alientek,beeper")) {
     
145.          printk(KERN_ERR"beeper: Compatible match failed\n");
     
146.          return -EINVAL;
     
147.      }
     
148. 
     
149.      printk(KERN_INFO"beeper: device matching successful!\r\n");
     
150. 
     
151.      /* 4.获取设备树中的beeper-gpio属性，得到蜂鸣器所使用的GPIO编号 */
     
152.      beeper.gpio =of_get_named_gpio(beeper.nd, "beeper-gpio", 0);
     
153.      if(!gpio_is_valid(beeper.gpio)) {
     
154.          printk(KERN_ERR"beeper: Failed to get beeper-gpio\n");
     
155.          return -EINVAL;
     
156.      }
     
157. 
     
158.      printk(KERN_INFO"beeper: beeper-gpio num = %d\r\n",beeper.gpio);
     
159. 
     
160.      /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO*/
     
161.      ret =gpio_request(beeper.gpio, "Beepergpio");
     
162.      if (ret) {
     
163.          printk(KERN_ERR"beeper: Failed to request gpio num %d\n",beeper.gpio);
     
164.          return ret;
     
165.      }
     
166. 
     
167.      /* 6.将gpio管脚设置为输出模式 */
     
168.      gpio_direction_output(beeper.gpio, 0);
     
169. 
     
170.      /* 7.设置蜂鸣器的初始状态 */
     
171.      ret =of_property_read_string(beeper.nd, "default-state", &str);
     
172.      if(!ret) {
     
173.          if (!strcmp(str, "on"))
     
174.              gpio_set_value(beeper.gpio, 1);
     
175.          else
     
176.              gpio_set_value(beeper.gpio, 0);
     
177.      } else
     
178.          gpio_set_value(beeper.gpio, 0);
     
179. 
     
180.      /* 8.注册字符设备驱动 */
     
181.       /* 创建设备号 */
     
182.      if (beeper.major) {
     
183.          beeper.devid= MKDEV(beeper.major, 0);
     
184.          ret =register_chrdev_region(beeper.devid,BEEPER_CNT, BEEPER_NAME);
     
185.          if (ret)
     
186.              goto out1;
     
187.      } else {
     
188.          ret =alloc_chrdev_region(&beeper.devid, 0,BEEPER_CNT, BEEPER_NAME);
     
189.          if (ret)
     
190.              goto out1;
     
191. 
     
192.          beeper.major= MAJOR(beeper.devid);
     
193.          beeper.minor= MINOR(beeper.devid);
     
194.      }
     
195. 
     
196.      printk("beeper:major=%d,minor=%d\r\n", beeper.major,beeper.minor);
     
197. 
     
198.       /* 初始化cdev */
     
199.      beeper.cdev.owner= THIS_MODULE;
     
200.      cdev_init(&beeper.cdev, &beeper_fops);
     
201. 
     
202.       /* 添加一个cdev */
     
203.      ret =cdev_add(&beeper.cdev,beeper.devid, BEEPER_CNT);
     
204.      if (ret)
     
205.          goto out2;
     
206. 
     
207.       /* 创建类 */
     
208.      beeper.class= class_create(THIS_MODULE,BEEPER_NAME);
     
209.      if (IS_ERR(beeper.class)) {
     
210.          ret =PTR_ERR(beeper.class);
     
211.          goto out3;
     
212.      }
     
213. 
     
214.       /* 创建设备 */
     
215.      beeper.device= device_create(beeper.class, NULL,
     
216.                  beeper.devid, NULL,BEEPER_NAME);
     
217.      if (IS_ERR(beeper.device)) {
     
218.          ret =PTR_ERR(beeper.device);
     
219.          goto out4;
     
220.      }
     
221. 
     
222.      return 0;
     
223. 
     
224. out4:
     
225.      class_destroy(beeper.class);
     
226. 
     
227. out3:
     
228.      cdev_del(&beeper.cdev);
     
229. 
     
230. out2:
     
231.      unregister_chrdev_region(beeper.devid,BEEPER_CNT);
     
232. 
     
233. out1:
     
234.      gpio_free(beeper.gpio);
     
235. 
     
236.      return ret;
     
237. }
     
238. 
     
239. static void__exit beeper_exit(void)
     
240. {
     
241.      /* 注销设备 */
     
242.      device_destroy(beeper.class,beeper.devid);
     
243. 
     
244.      /* 注销类 */
     
245.      class_destroy(beeper.class);
     
246. 
     
247.      /* 删除cdev */
     
248.      cdev_del(&beeper.cdev);
     
249. 
     
250.      /* 注销设备号 */
     
251.      unregister_chrdev_region(beeper.devid,BEEPER_CNT);
     
252. 
     
253.      /* 释放GPIO */
     
254.      gpio_free(beeper.gpio);
     
255. }
     
256. 
     
257. /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
     
258. module_init(beeper_init);
     
259. module_exit(beeper_exit);
     
260. 
     
261. MODULE_AUTHOR("DengTao<773904075@qq.com>");
     
262. MODULE_DESCRIPTION("AlientekZYNQ GPIO Beeper Driver");
     
263. MODULE_LICENSE("GPL");

复制代码

beep.c中的内容和上一章的gpioled.c中的内容基本一样，基本上就是改了下命名。

1.3.3 编写测试APP

测试APP程序直接将上一章工程目录下的ledApp.c文件拷贝到当前实验目录，将其重命名为beeperApp.c即可。

1.4 运行测试1.4.1 编译驱动程序和测试APP

1、编译驱动程序

编写Makefile文件，直接将上一章实验目录下的Makefile文件拷贝到本实验目录，修改Makefile文件，将obj-m变量的值改为beeper.o，修改完成之后Makefile内容如下所示：

示例代码28.4.1.1 Makefile文件内容

1. KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
   
2. 
   
3. obj-m :=beeper.o
   
4. 
   
5. all:
   
6.          make ARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd`modules
   
7. 
   
8. clean:
   
9.          make -C $(KERN_DIR) M=`pwd`clean

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第3行，设置obj-m变量的值为beeper.o。

修改完成之后保存退出，输入如下命令编译出驱动模块文件：

make

编译成功以后就会生成一个名为“beeper.ko”的驱动模块文件。

2、编译测试APP

输入如下命令编译测试beeperApp.c这个测试程序：

1. arm-linux-gnueabihf-gcc beeperApp.c -o beeperApp

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编译成功以后就会生成beeperApp这个应用程序，最终在本章实验实验目录下有如下文件：

图24.4.1 本章实验目录下的文件

1.4.2 运行测试

将上一小节编译出来的beeper.ko和beeperApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中，然后重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.14.0-xilinx目录，输入如下命令加载beeper.ko驱动模块：

1. depmod                       //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
   
2. modprobe beep.ko        //加载驱动

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驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示：

图 24.4.2 加载beeper.ko驱动模块

从图 39.4.2中可以看出，在内核驱动中获取到的GPIO0_60的编号为963，使用beeperApp软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开蜂鸣器：

1. ./beeperApp /dev/beeper 1            //打开蜂鸣器

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执行上述命令之后，开发板的蜂鸣器是会鸣叫的，如果鸣叫的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭蜂鸣器：

1. ./beeperApp /dev/beeper 0            //关闭蜂鸣器

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执行上述命令后，开发板的蜂鸣器会停止鸣叫。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

1. rmmod beep.ko

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