本帖最后由 正点原子运营 于 2020-12-22 17:35 编辑
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第二十三章设备树下的LED驱动实验
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。本章在第二十三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。
1.1 设备树LED驱动原理在《第二十三章 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。本章我们在第二十三章实验基础上完成，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（在第二十三章实验基础上完成），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。 1.2 硬件原理图分析本章实验硬件原理图参考33.3小节即可。 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\4_dtsled。 本章实验在第二十三章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树形式。 1.3.1 修改设备树文件打开linux内核源码目录下的arch/arm/boot/dts/system-top.dts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25.3.1.1 led节点 - ......
- /dts-v1/;
- #include "zynq-7000.dtsi"
- #include "pl.dtsi"
- #include "pcw.dtsi"
- / {
- model = "AlientekZYNQ Development Board";
- chosen {
- bootargs = "console=ttyPS0,115200earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait";
- stdout-path = "serial0:115200n8";
- };
- aliases {
- ethernet0 = &gem0;
- i2c0 = &i2c_2;
- i2c1 = &i2c0;
- i2c2 = &i2c1;
- serial0 = &uart0;
- serial1 = &uart1;
- spi0 = &qspi;
- };
- memory {
- device_type = "memory";
- reg = <0x0 0x20000000>;
- };
- led {
- compatible = "alientek,led";
- status = "okay";
- default-state= "on";
- reg = <0xE000A040 0x4
- 0xE000A204 0x4
- 0xE000A208 0x4
- 0xE000A214 0x4
- 0xF800012C 0x4
- >;
- };
- };
- ......
第33~44行，在根节点下定义了一个led子节点。 第34行，添加compatible属性，并将属性值设置为“alientek,led”。 第35行，添加status属性，并将属性值设置为“okay”。 第36行，添加default-state属性，并将属性值设置为“on”。 第38~43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38行的“0xE000A040 0x04”表示ZYNQ的GPIO模块的寄存器DATA寄存器，其中寄存器首地址为0xE000A040，长度为4个字节；第39行表示DIRM寄存器的首地址为0xE000A204，长度为4个字节；第40行表示OUTEN寄存器的首地址为0xE000A208；第41行表示INTDIS寄存器的首地址为0xE000A214，长度为4个字节；第42行表示APER_CLK_CTRL寄存器的首地址为0xF800012C，长度为4个字节。 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设备树源文件： make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-system-top.dtb
图36.3.1 编译设备树 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，然后拷贝到SD启动卡的FAT分区替换掉之前的system.dtb文件，替换完成之后重新启动开发板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 36.3.2所示：
图 36.3.2 led节点 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 36.3.2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：
图36.3.3 led节点下的属性 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。细心的同学会发现这里边多了一个“name”属性，我们在添加led节点的时候并没设置name属性呀，那这是怎么回事呢？name属性其实也是一个标准属性，但是现在被弃用了，其实不止led这个节点多了name属性，其它所有的节点也都多了这个属性，但它的值是空的，这是内核在解析设备树的时候给加上去的，注意：现在已经不用这个属性了，被弃用了！所以我们不用管它。 1.3.2 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，本章实验在第二十三章实验驱动文件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25.3.2.1 dtsled.dts文件内容
- /***************************************************************
- Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. Allrights reserved.
- 文件名 : dtsled.c
- 作者 : 邓涛
- 版本 : V1.0
- 描述 : ZYNQ LED驱动文件。
- 其他 : 无
- 论坛 : www.openedv.com
- 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
- ***************************************************************/
- #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 <asm/mach/map.h>
- #include <asm/uaccess.h>
- #include <asm/io.h>
- #include <linux/cdev.h>
- #include <linux/of.h>
- #include <linux/of_address.h>
- #defineDTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
- #defineDTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */
- /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
- static void__iomem *data_addr;
- static void__iomem *dirm_addr;
- static void__iomem *outen_addr;
- static void__iomem *intdis_addr;
- static void__iomem *aper_clk_ctrl_addr;
- /*dtsled设备结构体 */
- struct dtsled_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 */
- };
- static structdtsled_dev dtsled; /* 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 intled_open(struct inode *inode, struct file*filp)
- {
- filp->private_data= &dtsled; /* 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
- */
- staticssize_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
- */
- staticssize_t led_write(struct file *filp, const char__user *buf,
- size_t cnt,loff_t *offt)
- {
- int ret;
- int val;
- char kern_buf[1];
- ret =copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
- if(0 > ret) {
- printk(KERN_ERR"kernel write failed!\r\n");
- return -EFAULT;
- }
- val =readl(data_addr);
- if (0 ==kern_buf[0])
- val &= ~(0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
- else if (1 ==kern_buf[0])
- val |= (0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
- writel(val,data_addr);
- 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 intled_release(struct inode *inode, struct file*filp)
- {
- return 0;
- }
- staticinline void led_ioremap(void)
- {
- data_addr =of_iomap(dtsled.nd, 0);
- dirm_addr =of_iomap(dtsled.nd, 1);
- outen_addr =of_iomap(dtsled.nd, 2);
- intdis_addr =of_iomap(dtsled.nd, 3);
- aper_clk_ctrl_addr =of_iomap(dtsled.nd, 4);
- }
- staticinline void led_iounmap(void)
- {
- iounmap(data_addr);
- iounmap(dirm_addr);
- iounmap(outen_addr);
- iounmap(intdis_addr);
- iounmap(aper_clk_ctrl_addr);
- }
- /* 设备操作函数 */
- static struct file_operationsdtsled_fops = {
- .owner = THIS_MODULE,
- .open =led_open,
- .read =led_read,
- .write = led_write,
- .release= led_release,
- };
- static int__init led_init(void)
- {
- const char *str;
- u32 val;
- int ret;
- /* 1.获取led设备节点 */
- dtsled.nd =of_find_node_by_path("/led");
- if(NULL ==dtsled.nd) {
- printk(KERN_ERR"led node can not found!\r\n");
- return -EINVAL;
- }
- /* 2.读取status属性 */
- ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
- if(!ret) {
- if (strcmp(str, "okay"))
- return -EINVAL;
- }
- /* 2、获取compatible属性值并进行匹配 */
- ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "compatible", &str);
- if(0 > ret)
- return -EINVAL;
- if (strcmp(str, "alientek,led"))
- return -EINVAL;
- printk(KERN_ERR"led device matching successful!\r\n");
- /* 4.寄存器地址映射 */
- led_ioremap();
- /* 5.使能GPIO时钟 */
- val =readl(aper_clk_ctrl_addr);
- val |= (0x1U << 22);
- writel(val,aper_clk_ctrl_addr);
- /* 6.关闭中断功能 */
- val |= (0x1U << 7);
- writel(val,intdis_addr);
- /* 7.设置GPIO为输出功能 */
- val =readl(dirm_addr);
- val |= (0x1U << 7);
- writel(val,dirm_addr);
- /* 8.使能GPIO输出功能 */
- val =readl(outen_addr);
- val |= (0x1U << 7);
- writel(val,outen_addr);
- /* 9.初始化LED的默认状态 */
- val =readl(data_addr);
- ret =of_property_read_string(dtsled.nd, "default-state", &str);
- if(!ret) {
- if (!strcmp(str, "on"))
- val |= (0x1U << 7);
- else
- val &= ~(0x1U << 7);
- } else
- val &= ~(0x1U << 7);
- writel(val,data_addr);
- /* 10.注册字符设备驱动 */
- /* 创建设备号 */
- if (dtsled.major) {
- dtsled.devid= MKDEV(dtsled.major, 0);
- ret =register_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
- if (ret)
- goto out1;
- } else {
- ret =alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0,DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
- if (ret)
- goto out1;
- dtsled.major= MAJOR(dtsled.devid);
- dtsled.minor= MINOR(dtsled.devid);
- }
- printk("dtsledmajor=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);
- /* 初始化cdev */
- dtsled.cdev.owner= THIS_MODULE;
- cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
- /* 添加一个cdev */
- ret =cdev_add(&dtsled.cdev,dtsled.devid, DTSLED_CNT);
- if (ret)
- goto out2;
- /* 创建类 */
- dtsled.class= class_create(THIS_MODULE,DTSLED_NAME);
- if (IS_ERR(dtsled.class)) {
- ret =PTR_ERR(dtsled.class);
- goto out3;
- }
- /* 创建设备 */
- dtsled.device= device_create(dtsled.class, NULL,
- dtsled.devid, NULL,DTSLED_NAME);
- if (IS_ERR(dtsled.device)) {
- ret =PTR_ERR(dtsled.device);
- goto out4;
- }
- return 0;
- out4:
- class_destroy(dtsled.class);
- out3:
- cdev_del(&dtsled.cdev);
- out2:
- unregister_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT);
- out1:
- led_iounmap();
- return ret;
- }
- static void__exit led_exit(void)
- {
- /* 注销设备 */
- device_destroy(dtsled.class,dtsled.devid);
- /* 注销类 */
- class_destroy(dtsled.class);
- /* 删除cdev */
- cdev_del(&dtsled.cdev);
- /* 注销设备号 */
- unregister_chrdev_region(dtsled.devid,DTSLED_CNT);
- /* 取消地址映射 */
- led_iounmap();
- }
- /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
- module_init(led_init);
- module_exit(led_exit);
- MODULE_AUTHOR("DengTao<773904075@qq.com>");
- MODULE_DESCRIPTION("AlientekZYNQ GPIO LED Driver");
- MODULE_LICENSE("GPL");
dtsled.c文件中的内容和第二十三章的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“物理地址-长度”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。 1.3.3 编写测试APP本章直接使用第二十三章的测试APP，将第二十三章实验工程目录下的ledApp.c源文件和ledApp可执行文件一并复制到本章实验工程下即可，这样就不用再去编译ledApp.c了。 1.4 运行测试1.4.1 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文件和第二十三章实验基本一样，我们直接将第二十三章实验目录下的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25.4.1.1 Makefile文件
- KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
- obj-m :=dtsled.o
- all:
- make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd`modules
- clean:
- make -C $(KERN_DIR) M=`pwd`clean
第3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： make 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：
图36.4.1 编译驱动模块 2、编译测试APP 直接使用第二十三章编译好的可执行文件ledApp。 1.4.2 运行测试将上编译出来的dtsled.ko和ledApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中，重启开发板，进入到/lib/modules/4.14.0-xilinx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：
图 36.4.2 加载驱动 从图 36.4.2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_LED0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_LED0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_LED0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 2020-12-22 17:16:11
