本帖最后由 正点原子运营 于 2023-6-5 14:31 编辑
第二十一章 设备树下的LED驱动实验
1）实验平台：正点原子 DFZU2EG_4EV MPSoC开发板
2) 章节摘自【正点原子】DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南 V1.0
6）Linux技术交流QQ群:299746173
上一章我们详细的讲解了设备树语法以及在驱动开发中常用的OF函数，本章我们就开始第一个基于设备树的Linux驱动实验。本章在第十九章实验的基础上完成，只是将其驱动开发改为设备树形式而已。
21.1 设备树LED驱动原理在《第十九章新字符设备驱动实验》中，我们直接在驱动文件newchrled.c中定义有关寄存器物理地址，然后使用io_remap函数进行内存映射，得到对应的虚拟地址，最后操作寄存器对应的虚拟地址完成对GPIO的初始化。本章我们在第十九章实验基础上完成，本章我们使用设备树来向Linux内核传递相关的寄存器物理地址，Linux驱动文件使用上一章讲解的OF函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的IO。本章实验还是比较简单的，本章实验重点内容如下： ① 在system-top.dts文件中创建相应的设备节点。 ② 编写驱动程序（在第十九章实验基础上完成），获取设备树中的相关属性值。 ③ 使用获取到的有关属性值来初始化LED所使用的GPIO以及初始状态。
21.2 硬件原理图分析本章实验硬件原理图参考18.3小节即可。
21.3 实验程序编写本实验对应的例程路径为：开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\4_dtsled。
本章实验在第十九章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树形式。
21.3.1 修改设备树文件打开linux内核源码目录下的arch/arm64/boot/dts/xilinx/system-user.dtsi文件，在根节点“/”下创建一个名为“led”的子节点，led节点内容如下所示： - 示例代码21.3.1.1 led节点
- 1 #include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
- 2 #include <dt-bindings/input/input.h>
- 3
- 4 /{
- 5 model = "AlientekZynq MpSoc Development Board";
- 6 compatible = "xlnx,zynqmp-atk","xlnx,zynqmp";
- 7
- 8 led {
- 9 compatible = "alientek,led";
- 10 status = "okay";
- 11 default-state ="on";
- 12
- 13 reg = <0x00xFF0A0044 0x00x1000
- 14 0x00xFF0A0244 0x00x1000
- 15 0x00xFF0A0248 0x00x1000
- 16 0x00xFF0A0254 0x00x1000
- 17 0x00xFF5E00AC 0x00x1000
- 18 >;
- 19 };
- 20
- 21 };
- 22
- 23 &gem3{
- 24 phy-handle =<eernet_phy>;
- 25 local-mac-address= [000a 35 001e 53];
- 26
- 27 ethernet_phy: ethernet-phy@7{
- 28 reg = <0x7>;
- 29 };
- 30 };
- 31
- 32 &gem0{
- 33 psu_ethernet_0_mdio: mdio {
- 34 #address-cells =<1>;
- 35 #size-cells =<0>;
- 36 phy1:phy@4 {
- 37 reg =<0x4>; /* YT8521 phy address */
- 38 };
- 39 gmii_to_rgmii_0:gmii_to_rgmii_0@0 {
- 40 compatible ="xlnx,gmii-to-rgmii-1.0";
- 41 phy-handle= <&phy1>;
- 42 reg =<0>;
- 43 };
- 44 };
- 45 };
- 46
- 47 &sdhci0{
- 48 mmc-hs200-1_8v;
- 49 bus-width= <0x8>;
- 50 non-removable;
- 51 };
第8~19行，在根节点下定义了一个led子节点。
第9行，添加compatible属性，并将属性值设置为“alientek,led”。
第10行，添加status属性，并将属性值设置为“okay”。
第11行，添加default-state属性，并将属性值设置为“on”，这样led灯默认是亮的。
第13~18行，添加reg属性，非常重要！reg属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比如第13行的“0x0 0xFF0A0044 0x0 0x1000”中“0xFF0A0044”表示ZYNQ MPSoC的GPIO模块的DATA寄存器，其中寄存器地址为0xFF0A0044；第15行表示DIRM寄存器的地址为0xFF0A0244；第16行表示OUTEN寄存器的地址为0xFF0A0248；第17行表示INTDIS寄存器的地址为0xFF0A0254；第18行表示APER_CLK_CTRL寄存器的地址为0xFF5E00AC。
设备树修改完成后保存退出，在内核源码目录下执行下面这条命令重新编译一下system-top.dts顶层设备树文件： - make xilinx/system-top.dtb
编译完成以后得到system-top.dtb二进制文件。将system-top.dtb文件重命名为system.dtb。
我们在13.6.3节内核测试的时候，使用tftp方式将Image内核镜像和system-top.dtb传输的DDR中，现在我们换一种方式，使用SD卡启动内核。打开ALIENTEK-ZYNQ工程，将images/linux目录下的BOOT.BIN和linux内核源码目录下生成的Image、system.dtb两个文件复制到SD启动卡的FAT分区，然后将SD卡插到开发板，设置开发板启动模式为sd卡启动，给开发板上电。上电启动后，按任意键进入uboot模式。在uboot模式下，按照如下命令设置环境变量： - setenv default_bootcmd 'fatload mmc 1:1 0x00200000Image && fatload mmc 1:1 0x00100000 system.dtb && booti0x00200000 - 0x00100000;'
- boot
设置完成后重新启动开发板linux系统。Linux启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“led”这个节点，结果如图 21.3.2所示：
如果没有“led”节点的话请重点注意下面两点： ① 、检查设备树修改是否成功，也就是led节点是否为根节点“/”的子节点。 ② 、检查是否使用的是新的设备树启动Linux内核。
可以进入到图 21.3.2中的led目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如下图所示：
大家可以用cat命令查看一下compatible、status、default-state等属性值是否和我们设置的一致。
21.3.2 LED灯驱动程序编写设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，本章实验在第十九章实验驱动文件newchrled.c的基础上修改而来。首先在drivers目录下新建名为“4_dtsled”文件夹，进入到4_dtsled目录，新建名为dtsled.c的C源文件，在dtsled.c里面输入如下内容： - 示例代码21.3.2.1 dtsled.dts文件内容
- 1 /***************************************************************
- 2 Copyright ©ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
- 3 文件名 : dtsled.c
- 4 作者 : 邓涛
- 5 版本 : V1.0
- 6 描述 : ZYNQ LED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>
- 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
- 27 #defineDTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
- 28 #defineDTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */
- 29
- 30 /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
- 31 static void__iomem *data_addr;
- 32 static void__iomem *dirm_addr;
- 33 static void__iomem *outen_addr;
- 34 static void__iomem *intdis_addr;
- 35 static void__iomem *aper_clk_ctrl_addr;
- 36
- 37 /*dtsled设备结构体 */
- 38 structdtsled_dev {
- 39 dev_t devid; /* 设备号 */
- 40 struct cdev cdev; /* cdev */
- 41 struct class *class; /* 类 */
- 42 struct device *device; /* 设备 */
- 43 int major; /* 主设备号 */
- 44 int minor; /* 次设备号 */
- 45 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
- 46 };
- 47
- 48 static structdtsled_dev dtsled; /* led设备 */
- 49
- 50 /*
- 51 * @description : 打开设备
- 52 * @param – inode : 传递给驱动的inode
- 53 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
- 54 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
- 55 * @return : 0 成功;其他 失败
- 56 */
- 57 static intled_open(struct inode *inode, struct file*filp)
- 58 {
- 59 filp->private_data= &dtsled; /* 设置私有数据 */
- 60 return 0;
- 61 }
- 62
- 63 /*
- 64 * @description : 从设备读取数据
- 65 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
- 66 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
- 67 * @param - cnt : 要读取的数据长度
- 68 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
- 69 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
- 70 */
- 71 staticssize_t led_read(struct file *filp, char__user *buf,
- 72 size_t cnt,loff_t *offt)
- 73 {
- 74 return 0;
- 75 }
- 76
- 77 /*
- 78 * @description : 向设备写数据
- 79 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
- 80 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
- 81 * @param - cnt : 要写入的数据长度
- 82 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
- 83 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
- 84 */
- 85 staticssize_t led_write(struct file *filp, const char__user *buf,
- 86 size_t cnt,loff_t *offt)
- 87 {
- 88 int ret;
- 89 int val;
- 90 char kern_buf[1];
- 91
- 92 ret =copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
- 93 if(0 > ret) {
- 94 printk(KERN_ERR"kernel write failed!\r\n");
- 95 return -EFAULT;
- 96 }
- 97
- 98 val =readl(data_addr);
- 99 if (0 ==kern_buf[0])
- 100 val &= ~(0x1U << 12); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
- 101 else if (1 ==kern_buf[0])
- 102 val |= (0x1U << 12); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
- 103
- 104 writel(val,data_addr);
- 105 return 0;
- 106 }
- 107
- 108 /*
- 109 * @description : 关闭/释放设备
- 110 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
- 111 * @return : 0 成功;其他 失败
- 112 */
- 113 static intled_release(struct inode *inode, struct file*filp)
- 114 {
- 115 return 0;
- 116 }
- 117
- 118 staticinline void led_ioremap(void)
- 119 {
- 120 data_addr =of_iomap(dtsled.nd, 0);
- 121 dirm_addr =of_iomap(dtsled.nd, 1);
- 122 outen_addr =of_iomap(dtsled.nd, 2);
- 123 intdis_addr =of_iomap(dtsled.nd, 3);
- 124 aper_clk_ctrl_addr =of_iomap(dtsled.nd, 4);
- 125 }
- 126
- 127 staticinline void led_iounmap(void)
- 128 {
- 129 iounmap(data_addr);
- 130 iounmap(dirm_addr);
- 131 iounmap(outen_addr);
- 132 iounmap(intdis_addr);
- 133 iounmap(aper_clk_ctrl_addr);
- 134 }
- 135
- 136 /* 设备操作函数 */
- 137 static structfile_operations dtsled_fops = {
- 138 .owner = THIS_MODULE,
- 139 .open =led_open,
- 140 .read =led_read,
- 141 .write = led_write,
- 142 .release= led_release,
- 143 };
- 144
- 145 static int__init led_init(void)
- 146 {
- 147 const char *str;
- 148 u32 val;
- 149 int ret;
- 150
- 151 /* 1.获取led设备节点 */
- 152 dtsled.nd =of_find_node_by_path("/led");
- 153 if(NULL ==dtsled.nd) {
- 154 printk(KERN_ERR"led node can not found!\r\n");
- 155 return -EINVAL;
- 156 }
- 157
- 158 /* 2.读取status属性 */
- 159 ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
- 160 if(!ret) {
- 161 if (strcmp(str, "okay"))
- 162 return -EINVAL;
- 163 }
- 164
- 165 /* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
- 166 ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "compatible", &str);
- 167 if(0 > ret)
- 168 return -EINVAL;
- 169
- 170 if (strcmp(str, "alientek,led"))
- 171 return -EINVAL;
- 172
- 173 printk(KERN_ERR"led device matching successful!\r\n");
- 174
- 175 /* 4.寄存器地址映射 */
- 176 led_ioremap();
- 177
- 178 /* 5.使能GPIO时钟 */
- 179 val =readl(aper_clk_ctrl_addr);
- 180 val |= (0x1U << 24);
- 181 writel(val,aper_clk_ctrl_addr);
- 182
- 183 /* 6.关闭中断功能 */
- 184 val |= (0x1U << 12);
- 185 writel(val,intdis_addr);
- 186
- 187 /* 7.设置GPIO为输出功能 */
- 188 val =readl(dirm_addr);
- 189 val |= (0x1U << 12);
- 190 writel(val,dirm_addr);
- 191
- 192 /* 8.使能GPIO输出功能 */
- 193 val =readl(outen_addr);
- 194 val |= (0x1U << 12);
- 195 writel(val,outen_addr);
- 196
- 197 /* 9.初始化LED的默认状态 */
- 198 val =readl(data_addr);
- 199
- 200 ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "default-state", &str);
- 201 if(!ret) {
- 202 if (!strcmp(str, "on"))
- 203 val |= (0x1U << 12);
- 204 else
- 205 val &= ~(0x1U << 12);
- 206 } else
- 207 val &= ~(0x1U << 12);
- 208
- 209 writel(val,data_addr);
- 210
- 211 /* 10.注册字符设备驱动 */
- 212 /* 创建设备号 */
- 213 if (dtsled.major) {
- 214 dtsled.devid= MKDEV(dtsled.major, 0);
- 215 ret =register_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
- 216 if (ret)
- 217 goto out1;
- 218 } else {
- 219 ret =alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0,DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
- 220 if (ret)
- 221 goto out1;
- 222
- 223 dtsled.major= MAJOR(dtsled.devid);
- 224 dtsled.minor= MINOR(dtsled.devid);
- 225 }
- 226
- 227 printk("dtsledmajor=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major,dtsled.minor);
- 228
- 229 /* 初始化cdev*/
- 230 dtsled.cdev.owner= THIS_MODULE;
- 231 cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
- 232
- 233 /* 添加一个cdev*/
- 234 ret =cdev_add(&dtsled.cdev,dtsled.devid, DTSLED_CNT);
- 235 if (ret)
- 236 goto out2;
- 237
- 238 /* 创建类 */
- 239 dtsled.class= class_create(THIS_MODULE,DTSLED_NAME);
- 240 if (IS_ERR(dtsled.class)) {
- 241 ret =PTR_ERR(dtsled.class);
- 242 goto out3;
- 243 }
- 244
- 245 /* 创建设备 */
- 246 dtsled.device= device_create(dtsled.class, NULL,
- 247 dtsled.devid, NULL,DTSLED_NAME);
- 248 if (IS_ERR(dtsled.device)) {
- 249 ret =PTR_ERR(dtsled.device);
- 250 goto out4;
- 251 }
- 252
- 253 return 0;
- 254
- 255 out4:
- 256 class_destroy(dtsled.class);
- 257
- 258 out3:
- 259 cdev_del(&dtsled.cdev);
- 260
- 261 out2:
- 262 unregister_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT);
- 263
- 264 out1:
- 265 led_iounmap();
- 266
- 267 return ret;
- 268 }
- 269
- 270 static void__exit led_exit(void)
- 271 {
- 272 /* 注销设备 */
- 273 device_destroy(dtsled.class,dtsled.devid);
- 274
- 275 /* 注销类 */
- 276 class_destroy(dtsled.class);
- 277
- 278 /* 删除cdev*/
- 279 cdev_del(&dtsled.cdev);
- 280
- 281 /* 注销设备号 */
- 282 unregister_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT);
- 283
- 284 /* 取消地址映射 */
- 285 led_iounmap();
- 286 }
- 287
- 288 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
- 289 module_init(led_init);
- 290 module_exit(led_exit);
- 291
- 292 MODULE_AUTHOR("DengTao<773904075@qq.com>");
- 293MODULE_DESCRIPTION("AlientekZYNQ GPIO LED Driver");
- 294 MODULE_LICENSE("GPL");
dtsled.c文件中的内容和第十九章的newchrled.c文件中的内容基本一样，只是dtsled.c中包含了处理设备树的代码，我们重点来看一下这部分代码。
第45行，在设备结构体dtsled_dev中添加了成员变量nd，nd是device_node结构体类型指针，表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值，首先要先得到这个节点，一般在设备结构体中添加device_node指针变量来存放这个节点。
第118~125行，通过使用of_iomap函数替换之前使用ioremap函数来实现物理地址到虚拟地址的映射，它能够直接解析给定节点的reg属性，并将reg属性中存放的物理地址和长度进行映射，使用不同的下标依次对reg数组中记录的不同组“长度-物理地址”地址空间进行映射，非常的方便！
第152~156行，通过of_find_node_by_path函数获取设备树根节点下的led节点，这里我们用的是绝对路径“/led”，因为led节点就在根节点“/”下；只有获取成功了才会进行下面的步骤！
第159~163行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“status”属性的内容，当节点中定义了“status”属性，并且值为“okay”时表示设备是可用的，才会进行下面的操作；如果没有定义“status”属性则默认设备树可用的。
第166~173行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“compatible”属性的内容，如果节点中没有定义这个属性（也就是获取失败），则表示这个节点不支持我们的驱动直接退出；如果获取成功了，则使用strcmp函数进行比较，看是否等于“alientek,led”，如果相同则表示匹配成功，可以接着进行下面的步骤了。
第176行，调用自定义的led_ioremap函数进行物理地址到虚拟地址的映射。
第200~209行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“default-state”属性的内容，根据读取到的内容来设置LED灯的初始状态。
那么其他的内容前面都已经讲过了，没什么好说的了，本身驱动也非常的简单。
21.3.3 编写测试APP本章直接使用第十八章的测试APP。
21.4 运行测试
21.4.1 编译驱动程序和测试APP1、编译驱动程序 编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第十八章实验基本一样，我们直接将第十八章实验目录下的Makefile文件拷贝到本实验目录中，修改Makefile文件，只是将obj-m变量的值改为dtsled.o，Makefile内容如下所示： - 示例代码21.4.1.1 Makefile文件
- 1 KERN_DIR :=/home/shang/git.d/linux-xlnx
- 2 obj-m :=dtsled.o
- 3 all:
- 4 make-C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
- 5 clean:
- 6 make-C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
第2行，设置obj-m变量的值为dtsled.o。
输入如下命令编译出驱动模块文件： 编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件，如下所示： 2、编译测试APP 直接使用第十八章编译好的可执行文件ledApp。
21.4.2 运行测试将上面编译出来的dtsled.ko和ledApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.19.0目录中，使用如下命令拷贝（参考17.4.4小节）： - scp dtsled.ko root@192.168.2.22:/lib/modules/4.19.0
重启开发板，进入到/lib/modules/4.19.0目录，输入如下命令加载dtsled.ko驱动模块： - depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
- modprobe dtsled.ko //加载驱动
驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示： 从图 21.4.2可以看出，led驱动已经和led设备节点匹配成功了！并且开发板上的PS_LED1被点亮了，因为我们在设备树中将led节点的“default-state”属性的值设置为“on”，所以初始化LED的时候会将其点亮。 驱动加载成功以后就可以使用ledApp软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开LED灯： - ./ledApp /dev/dtsled 0 //关闭LED等
输入上述命令以后查看开发板上的PS_LED1灯是否熄灭，如果熄灭的话说明驱动工作正常。在输入如下命令点亮灯： - ./ledApp /dev/dtsled 1 //点亮LED灯
输入上述命令以后查看开发板上的PS_LED1灯是否被点亮。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可： | 
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发表于 2023-6-6 17:14:21
