【正点原子FPGA连载】第二十三章设备树下的LED驱动实验--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

正点原子运营 · 发表于 2020-12-22 17:16:11

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
>;
};
};
......

复制代码

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");

复制代码

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APP

1、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

复制代码

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

复制代码

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

复制代码

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：

rmmod dtsled.ko

复制代码

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