《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》第三十五章设备树下的platform驱动编写

正点原子运营 · 发表于 2021-6-29 17:46:46

1）实验平台：正点原子STM32MP157开发板
2) 章节摘自【正点原子】《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》
3）购买链接:https://item.taobao.com/item.htm?&id=629270721801
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/arm-linux/zdyzmp157.html
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）正点原子STM32MP157技术交流群：691905614

第三十五章设备树下的platform驱动编写

   上一章我们详细的讲解了Linux下的驱动分离与分层，以及总线、设备和驱动这样的驱动框架。基于总线、设备和驱动这样的驱动框架，Linux内核提出来platform这个虚拟总线，相应的也有platform设备和platform驱动。上一章我们讲解了传统的、未采用设备树的platform设备和驱动编写方法。最新的Linux内核已经支持了设备树，因此在设备树下如何编写platform驱动就显得尤为重要，本章我们就来学习一下如何在设备树下编写platform驱动。

35.1 设备树下的platform驱动简介
      platform驱动框架分为总线、设备和驱动，其中总线不需要我们这些驱动程序员去管理，这个是Linux内核提供的，我们在编写驱动的时候只要关注于设备和驱动的具体实现即可。在没有设备树的Linux内核下，我们需要分别编写并注册platform_device和platform_driver，分别代表设备和驱动。在使用设备树的时候，设备的描述被放到了设备树中，因此platform_device就不需要我们去编写了，我们只需要实现platform_driver即可。
35.1.1 修改pinctrl-stm32.c文件
      在前面第25章的时候我们详细的讲解了pinctrl，但是在后续的实验中却一直没有使用pinctrl。按道理来讲，在我们使用某个引脚的时候需要先配置其电气属性，比如复用、输入还是输入、默认上下拉等！但是在前面的实验中均没有配置引脚的电气属性，也就是引脚的pinctrl配置。这是因为ST针对STM32MP1提供的Linux系统中，其pinctrl配置的电气属性只能在platform平台下被引用，前面的实验都没用到platform，所以pinctrl配置是不起作用的！
笔者在使用NXP的I.MX6ULL芯片的时候，Linux系统启动运行过程中会自动解析设备树下的pinctrl配置，然后初始化引脚的电气属性，不需要platform驱动框架。所以pinctrl什么时候有效，不同的芯片厂商有不同的处理费方法，一切以实际所使用的芯片为准！
      对于STM32MP1来说，在使用pinctrl的时候需要修改一下pinctrl-stm32.c这个文件，否则当某个引脚用作GPIO的时候会提示此引脚无法申请到，如图35.1.1.1所示：

图35.1.1.1 IO申请失败

从图35.1.1.1可以看出，提示PI0这个IO已经被其他外设申请走了，不能再申请。打开pinctrl-stm32.c这个文件，找到如下所示代码：
示例代码35.1.1.1 stm32_pmx_ops结构体

1 static const struct pinmux_ops stm32_pmx_ops = {
2 .get_functions_count = stm32_pmx_get_funcs_cnt,
3 .get_function_name = stm32_pmx_get_func_name,
4 .get_function_groups = stm32_pmx_get_func_groups,
5 .set_mux = stm32_pmx_set_mux,
6 .gpio_set_direction = stm32_pmx_gpio_set_direction,
7 .strict = true,
8 };

复制代码

第7行的strict成员变量默认为true，我们需要将其改为false，改完以后如图35.1.1.2所示：

图35.1.1.2 修改后的stm32_pmx_ops结构体

修改完成以后使用如下命令重新编译Linux内核：

make uImage LOADADDR=0XC2000040 -j16 //编译内核

复制代码

编译完成以后使用新的uImage启动即可。
35.1.2 创建设备的pinctrl节点
上面已经说了，在platform驱动框架下必须使用pinctrl来配置引脚复用功能。我们以本章实验需要用到的LED0为例，编写LED0引脚的 pinctrl配置。打开stm32mp15-pinctrl.dtsi文件，STM32MP1的所有引脚pinctrl配置都是在这个文件里面完成的，在pinctrl节点下添加如下所示内容：
示例代码35.1.2.1 GPIO的pinctrl配置

1 led_pins_a: gpioled-0 {
2 pins {
3 pinmux = <STM32_PINMUX('I', 0, GPIO)>;
4 drive-push-pull;
5 bias-pull-up;
6 output-high;
7 slew-rate = <0>;
8 };
9 };

复制代码

      示例代码35.1.2.1中的gpio_pins_a节点就是LED的pinctrl配置，把PI0端口复用为GPIO功能，同时设置PI0的电气特性。我们已经在25.1.1小节详细的讲解过如何配置STM32MP1的电气属性，大家可以回过头去看一下，这里我们就简单介绍一下LED0的配置：
      第3行，设置PI0复用为GPIO功能。
      第4行，设置PI0为推挽输出。
      第5行，设置PI0内部上拉。
      第6行，设置PI0默认输出高电平。
      第7行，设置PI0的速度为0档，也就是最慢。
      添加完成以后如图35.1.2.1所示：

图35.1.2.1 led对应的pinctrl节点

35.1.3 在设备树中创建设备节点
接下来要在设备树中创建设备节点来描述设备信息，重点是要设置好compatible属性的值，因为platform总线需要通过设备节点的compatible属性值来匹配驱动！这点要切记。修改25.4.1.2小节中我们创建的gpioled节点，修改以后的内容如下：
示例代码35.1.3.1 gpioled设备节点

1 gpioled {
2 compatible = "alientek,led";
3 pinctrl-names = "default";
4 status = "okay";
5 pinctrl-0 = <&led_pins_a>;
6 led-gpio = <&gpioi 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
7 };

复制代码

第2行的compatible属性值为“alientek,led”，因此一会在编写platform驱动的时候of_match_table属性表中要有“alientek,led”。
第5行里，pinctrl-0属性设置LED的PIN对应的pinctrl节点，也就是我们在示例代码35.1.1中编写的led_pins_a。
35.1.4 编写platform驱动的时候要注意兼容属性
上一章已经详细的讲解过了，在使用设备树的时候platform驱动会通过of_match_table来保存兼容性值，也就是表明此驱动兼容哪些设备。所以，of_match_table将会尤为重要，比如本例程的platform驱动中platform_driver就可以按照如下所示设置：
示例代码35.1.4.1 of_match_table匹配表的设置

1 static const struct of_device_id led_of_match[] = {
2 { .compatible = "alientek,led" }, /* 兼容属性 */
3 { /* Sentinel */ }
4 };
5
6 MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);
7
8 static struct platform_driver led_platform_driver = {
9 .driver = {
10 .name = "stm32mp1-led",
11 .of_match_table = led_of_match,
12 },
13 .probe = led_probe,
14 .remove = led_remove,
15 };

复制代码

      第1~4行，of_device_id表，也就是驱动的兼容表，是一个数组，每个数组元素为of_device_id类型。每个数组元素都是一个兼容属性，表示兼容的设备，一个驱动可以跟多个设备匹配。这里我们仅仅匹配了一个设备，那就是示例代码35.1.2中创建的gpioled这个设备。第2行的compatible值为“alientek,led”，驱动中的compatible属性和设备中的compatible属性相匹配，因此驱动中对应的probe函数就会执行。注意第3行是一个空元素，在编写of_device_id的时候最后一个元素一定要为空！
      第6行，通过MODULE_DEVICE_TABLE声明一下led_of_match这个设备匹配表。
      第11行，设置platform_driver中的of_match_table匹配表为上面创建的leds_of_match，至此我们就设置好了platform驱动的匹配表了。
      最后就是编写驱动程序，基于设备树的platform驱动和上一章无设备树的platform驱动基本一样，都是当驱动和设备匹配成功以后先根据设备树里的pinctrl属性设置PIN的电气特性再去执行probe函数。我们需要在probe函数里面执行字符设备驱动那一套，当注销驱动模块的时候remove函数就会执行，都是大同小异的。
35.2 检查引脚复用配置
35.2.1 检查引脚pinctrl配置
      STM32MP1的一个引脚可以复用为多种功能，比如PI0可以作为GPIO、TIM5_CH4、SPI2_NSS、DCMI_D13、LCD_G5等。我们在做STM32单片机开发的时候，一个IO可以被多个外设使用，比如PI0同时作为TIM5_CH4、LCD_G5，但是同一时刻只能用做一个功能，比如做LCD_G5的时候就不能做TIM5_CH4！在嵌入式Linux下，我们要严格按照一个引脚对应一个功能来设计硬件，比如PI0现在要用作GPIO来驱动LED灯，那么就不能将PI0作为其他功能，比如你在设计硬件的时候就不能再将PI0作为LCD_G5。
      正点原子STM32MP1开发板上将PI0连接到了LED0上，也就是将其用作普通的GPIO，对应的pinctrl配置就是示例代码35.1.2.1。但是stm32mp15-pinctrl.dtsi是ST根据自己官方EVK开发板编写的，因此PI0就可能被ST官方用作其他功能，大家在stm32mp15-pinctrl.dtsi里面找到如下所示代码：

图35.2.1.1 ltdc_pins_a节点

从图35.2.1.1可以看出，ST官方默认将PI0复用为LCD_G5，前面说了，一个IO只能复用为一个功能，因此我们需要将图35.2.1.1中的“<STM32_PINMUX('I', 0, AF14)>”屏蔽掉，因为我们现在要将PI0用作GPIO。同样的，继续在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件里面查找，会发现如图35.2.1.2所示的地方也将PI0复用为了LCD_G5：

图35.2.1.2 ltdc_pins_sleep_a节点

      图35.2.1.2中的ltdc_pins_sleep_a节点也将PI0复用为LCD_G5，将这行代码也屏蔽掉。确保所使用的设备树中，一个引脚只复用为一个功能！
35.2.2 检查GPIO占用
      上一小节只是检查了一下，PI0这个引脚有没有被复用为多个设备，本节我们将PI0复用为GPIO。因为我们是在ST官方提供的设备树上修改的，因此还要检查一下当PI0作为GPIO的时候，ST官方有没有将这个GPIO分配给其他设备。其实对于PI0这个引脚来说不会的，因为ST官方将其复用为了LCD_G5，所以也就不存在说将其在作为GPIO分配给其他设备。但是我们在实际开发中要考虑到这一点，说不定其他的引脚就会被分配给某个设备做GPIO，而我们没有检查，导致两个设备都用这一个GPIO，那么肯定有一个因为申请不到GPIO而导致驱动无法工作。
      所以当我们将一个引脚用作GPIO的时候，一定要检查一下当前设备树里面是否有其他设备也使用到了这个GPIO，保证设备树中只有一个设备树在使用这个GPIO。
35.3 硬件原理图分析
本实验的硬件原理参考21.2小节即可。
35.4 实验程序编写
本实验对应的例程路径为：开发板光盘 1、程序源码2、Linux驱动例程18_dtsplatform。
本章实验我们编写基于设备树的platform驱动，所以需要在设备树中添加设备节点，然后我们只需要编写platform驱动即可。
35.4.1 修改设备树文件
      首先修改设备树文件，加上我们需要的设备信息，本章我们就使用到一个LED0。需要创建LED0引脚的pinctrl节点，这个直接使用示例代码35.1.2.1中的led_pins_a节点。另外也要创建一个LED0设备节点，这个直接使用示例代码35.1.3.1中的 gpioled设备节点。
35.4.2 platform驱动程序编写
      设备已经准备好了，接下来就要编写相应的platform驱动了，新建名为“18_dtsplatform”的文件夹，然后在18_dtsplatform文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“dtsplatform”。新建名为leddriver.c的驱动文件，在leddriver.c中输入如下所示内容：
示例代码35.4.2.1 leddriver.c文件代码段

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of_gpio.h>
12 #include <linux/semaphore.h>
13 #include <linux/timer.h>
14 #include <linux/irq.h>
15 #include <linux/wait.h>
16 #include <linux/poll.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/fcntl.h>
19 #include <linux/platform_device.h>
20 #include <asm/mach/map.h>
21 #include <asm/uaccess.h>
22 #include <asm/io.h>
23
24 #define LEDDEV_CNT 1 /* 设备号长度 */
25 #define LEDDEV_NAME "dtsplatled" /* 设备名字 */
26 #define LEDOFF 0
27 #define LEDON 1
28
29 /* leddev设备结构体 */
30 struct leddev_dev{
31 dev_t devid; /* 设备号 */
32 struct cdev cdev; /* cdev */
33 struct class *class; /* 类 */
34 struct device *device; /* 设备 */
35 struct device_node *node; /* LED设备节点 */
36 int gpio_led; /* LED灯GPIO标号 */
37 };
38
39 struct leddev_dev leddev; /* led设备 */
40
41 /*
42 * @description : LED打开/关闭
43 * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
44 * @return : 无
45 */
46 void led_switch(u8 sta)
47 {
48 if (sta == LEDON )
49 gpio_set_value(leddev.gpio_led, 0);
50 else if (sta == LEDOFF)
51 gpio_set_value(leddev.gpio_led, 1);
52 }
53
54 static int led_gpio_init(struct device_node *nd)
55 {
56 int ret;
57
58 /* 从设备树中获取GPIO */
59 leddev.gpio_led = of_get_named_gpio(nd, "led-gpio", 0);
60 if(!gpio_is_valid(leddev.gpio_led)) {
61 printk(KERN_ERR "leddev: Failed to get led-gpio\n");
62 return -EINVAL;
63 }
64
65 /* 申请使用GPIO */
66 ret = gpio_request(leddev.gpio_led, "LED0");
67 if (ret) {
68 printk(KERN_ERR "led: Failed to request led-gpio\n");
69 return ret;
70 }
71
72 /* 将GPIO设置为输出模式并设置GPIO初始电平状态 */
73 gpio_direction_output(leddev.gpio_led,1);
74
75 return 0;
76 }
77
78 /*
79 * @description : 打开设备
80 * @param – inode : 传递给驱动的inode
81 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
82 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
83 * @return : 0 成功;其他失败
84 */
85 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
86 {
87 return 0;
88 }
89
90 /*
91 * @description : 向设备写数据
92 * @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
93 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
94 * @param - cnt : 要写入的数据长度
95 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
96 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
97 */
98 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
99 {
100 int retvalue;
101 unsigned char databuf[1];
102 unsigned char ledstat;
103
104 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
105 if(retvalue < 0) {
106 printk("kernel write failed!\r\n");
107 return -EFAULT;
108 }
109
110 ledstat = databuf[0];
111 if (ledstat == LEDON) {
112 led_switch(LEDON);
113 } else if (ledstat == LEDOFF) {
114 led_switch(LEDOFF);
115 }
116 return 0;
117 }
118
119 /* 设备操作函数 */
120 static struct file_operations led_fops = {
121 .owner = THIS_MODULE,
122 .open = led_open,
123 .write = led_write,
124 };
125
126 /*
127 * @description : flatform驱动的probe函数，当驱动与设备匹配以后此函数
128 * 就会执行
129 * @param - dev : platform设备
130 * @return : 0，成功;其他负值,失败
131 */
132 static int led_probe(struct platform_device *pdev)
133 {
134 int ret;
135
136 printk("led driver and device was matched!\r\n");
137
138 /* 初始化 LED */
139 ret = led_gpio_init(pdev->dev.of_node);
140 if(ret < 0)
141 return ret;
142
143 /* 1、设置设备号 */
144 ret = alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT,
LEDDEV_NAME);
145 if(ret < 0) {
146 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n",
LEDDEV_NAME, ret);
147 goto free_gpio;
148 }
149
150 /* 2、初始化cdev */
151 leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;
152 cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
153
154 /* 3、添加一个cdev */
155 ret = cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);
156 if(ret < 0)
157 goto del_unregister;
158
159 /* 4、创建类 */
160 leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
161 if (IS_ERR(leddev.class)) {
162 goto del_cdev;
163 }
164
165 /* 5、创建设备 */
166 leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid,
NULL, LEDDEV_NAME);
167 if (IS_ERR(leddev.device)) {
168 goto destroy_class;
169 }
170
171 return 0;
172 destroy_class:
173 class_destroy(leddev.class);
174 del_cdev:
175 cdev_del(&leddev.cdev);
176 del_unregister:
177 unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT);
178 free_gpio:
179 gpio_free(leddev.gpio_led);
180 return -EIO;
181 }
182
183 /*
184 * @description : platform驱动的remove函数
185 * @param - dev : platform设备
186 * @return : 0，成功;其他负值,失败
187 */
188 static int led_remove(struct platform_device *dev)
189 {
190 gpio_set_value(leddev.gpio_led, 1); /* 卸载驱动的时候关闭LED */
191 gpio_free(leddev.gpio_led); /* 注销GPIO */
192 cdev_del(&leddev.cdev); /* 删除cdev */
193 unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT);
194 device_destroy(leddev.class, leddev.devid); /* 注销设备 */
195 class_destroy(leddev.class); /* 注销类 */
196 return 0;
197 }
198
199 /* 匹配列表 */
200 static const struct of_device_id led_of_match[] = {
201 { .compatible = "alientek,led" },
202 { /* Sentinel */ }
203 };
204
205 MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);
206
207 /* platform驱动结构体 */
208 static struct platform_driver led_driver = {
209 .driver = {
210 .name = "stm32mp1-led", /* 驱动名字，用于和设备匹配 */
211 .of_match_table = led_of_match, /* 设备树匹配表 */
212 },
213 .probe = led_probe,
214 .remove = led_remove,
215 };
216
217 /*
218 * @description : 驱动模块加载函数
219 * @param : 无
220 * @return : 无
221 */
222 static int __init leddriver_init(void)
223 {
224 return platform_driver_register(&led_driver);
225 }
226
227 /*
228 * @description : 驱动模块卸载函数
229 * @param : 无
230 * @return : 无
231 */
232 static void __exit leddriver_exit(void)
233 {
234 platform_driver_unregister(&led_driver);
235 }
236
237 module_init(leddriver_init);
238 module_exit(leddriver_exit);
239 MODULE_LICENSE("GPL");
240 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
241 MODULE_INFO(intree, "Y");

复制代码

代码中以前讲过的知识点这里就不再重述了！
第54~76行，自定义函数led_gpio_init，该函数的参数是struct device_node类型的指针，也就是led对应的设备节点，当调用函数的时候传递进来。
第132~181行，platform下的 probe函数：led_probe，当设备树中的设备节点与驱动之间匹配成功会先去初始化pinctrl里面配置的IO，也就是根据示例代码35.1.2.1中的属性进行配置，然后再执行probe函数，第139行调用led_gpio_init函数时，将pdev->dev.of_node作为参数传递到函数中，platform_device结构体中内置了一个device结构体类型的成员变量dev。在device结构体中定义了一个device_node类型的指针变量of_node，使用设备树的情况下，当匹配成功之后，of_node会指向设备树中定义的节点，所以在这里我们不需要通过调用of_find_node_by_path("/gpioled")函数得到led的节点。我们原来在驱动加载函数里面做的工作现在全部放到probe函数里面完成。
第188~197行，platform下的remove函数：led_remove，当platform驱动模块被卸载时此函数就会执行。在此函数里面释放内存、注销字符设备等，也就是将原来驱动卸载函数里面的工作全部都放到remove函数中完成。
第200~203行，匹配表，描述了此驱动都和什么样的设备匹配，第201行添加了一条值为"alientek,led"的compatible属性值，当设备树中某个设备节点的compatible属性值也为“alientek,led”的时候就会与此驱动匹配。
第208~215行，platform_driver驱动结构体变量led_driver，210行设置这个platform驱动的名字为“stm32mp1-led”，因此，当驱动加载成功以后就会在/sys/bus/platform/drivers/目录下存在一个名为“stm32mp1-led”的文件。第211行绑定platform驱动的of_match_table表。
第222~225行，platform驱动模块入口函数，在此函数里面通过platform_driver_register向Linux内核注册一个platform驱动led_driver。
第232~235行，platform驱动驱动模块出口函数，在此函数里面通过platform_driver_unregister从Linux内核卸载一个platform驱动led_driver。
35.4.3 编写测试APP
测试APP就直接使用上一章34.4.2小节编写的ledApp.c即可。
35.5 运行测试
35.5.1 编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为“leddriver.o”，Makefile内容如下所示：
示例代码35.5.1.1 Makefile文件

1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31
......
4 obj-m := leddriver.o
......
11 clean:
12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

复制代码

第4行，设置obj-m变量的值为“leddriver.o”。
输入如下命令编译出驱动模块文件：

make -j32

复制代码

      编译成功以后就会生成一个名为“leddriver.o”的驱动模块文件。
      2、编译测试APP
      测试APP直接使用上一章的ledApp这个测试软件即可。
35.5.2 运行测试
      将上一小节编译出来leddriver.ko拷贝到rootfs/lib/modules/5.4.31目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/5.4.31中，输入如下命令加载leddriver.ko这个驱动模块。

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe leddriver.ko //加载驱动模块

复制代码

驱动模块加载完成以后到/sys/bus/platform/drivers/目录下查看驱动是否存在，我们在leddriver.c中设置name字段为“stm32mp1-led”，因此会在/sys/bus/platform/drivers/目录下存在名为“stm32mp1-led”这个文件，结果如图35.5.2.1所示：