《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》第二十六章 Linux蜂鸣器实验

正点原子运营 · 发表于 2021-6-24 16:51:47

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
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6）正点原子STM32MP157技术交流群：691905614

第二十六章 Linux蜂鸣器实验

上一章实验中我们借助gpio子系统编写了LED灯驱动，STM32MP1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。

26.1 蜂鸣器驱动原理
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。正点原子STM32MP1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26.1.1 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，这个供电电路通过一个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。这事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，然后编写简单的测试APP，通过APP来控制蜂鸣器鸣叫或关闭。
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，在蜂鸣器节点中加入GPIO信息。
②、编写驱动程序和测试APP，和第二十五章的LED驱动程序和测试APP基本一样。
接下来我们就根据上面这两步来编写蜂鸣器Linux驱动。
26.2 硬件原理图分析
蜂鸣器的硬件原理图如图 26.2.1 所示：

图26.2.1 蜂鸣器原理图

图26.2.1中通过一个 PNP 型的三极管 8550 来驱动蜂鸣器，通过PC7这个 IO来控制三极管 Q1 的导通，当 BEEP 输出低电平的时候 Q1 导通，相当于蜂鸣器的正极连接到 3.3V电源，蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当 BEEP输出高电平的时候 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。
26.3 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6_beep。
      本章实验在二十五章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树的.
26.3.1 修改设备树文件
      在根节点“/”下创建BEEP节点，节点名为“beep”，节点内容如下：
示例代码26.3.1.1 创建BEEP蜂鸣器节点

1 beep {
2 compatible = "alientek,beep";
3 status = "okay";
4 beep-gpio = <&gpioc 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
5 };

复制代码

第4行，beep-gpio属性指定了蜂鸣器所使用的GPIO。
设备树编写完成以后使用“make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的stm32mp157d-atk.dtb文件启动Linux系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beep”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)，结果如图26.3.1.1所示：

图26.3.1.1 beep节点

26.3.2 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，本章实验在第四十五章实验驱动文件gpioled.c的基础上修改而来。新建名为“6_beep”的文件夹，然后在6_beep文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“beep”。工程创建好以后新建beep.c文件，在beep.c里面输入如下内容：
示例代码 26.3.2.1 beep.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.h>
12 #include <linux/of_address.h>
13 #include <linux/of_gpio.h>
14 #include <asm/mach/map.h>
15 #include <asm/uaccess.h>
16 #include <asm/io.h>
17 /***************************************************************
18 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
19 文件名 : beep.c
20 作者 : 正点原子Linux团队
21 版本 : V1.0
22 描述 : 蜂鸣器驱动程序。
23 其他 : 无
24 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
25 日志 : 初版V1.0 2020/12/31 正点原子Linux团队创建
26 ***************************************************************/
27 #define BEEP_CNT 1 /* 设备号个数 */
28 #define BEEP_NAME "beep" /* 名字 */
29 #define BEEPOFF 0 /* 关蜂鸣器 */
30 #define BEEPON 1 /* 开蜂鸣器 */
31
32 /* beep设备结构体 */
33 struct beep_dev{
34 dev_t devid; /* 设备号 */
35 struct cdev cdev; /* cdev */
36 struct class *class; /* 类 */
37 struct device *device; /* 设备 */
38 int major; /* 主设备号 */
39 int minor; /* 次设备号 */
40 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
41 int beep_gpio; /* beep所使用的GPIO编号 */
42 };
43
44 struct beep_dev beep; /* beep设备 */
45
46 /*
47 * @description : 打开设备
48 * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] – inode : 传递给驱动的inode
49 * @param – filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
50 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
51 * @return : 0 成功;其他失败
52 */
53 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
54 {
55 filp->private_data = &beep; /* 设置私有数据 */
56 return 0;
57 }
58
59 /*
60 * @description : 从设备读取数据
61 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
62 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
63 * @param - cnt : 要读取的数据长度
64 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
65 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
66 */
67 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
68 {
69 return 0;
70 }
71
72 /*
73 * @description : 向设备写数据
74 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
75 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
76 * @param - cnt : 要写入的数据长度
77 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
78 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
79 */
80 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
81 {
82 int retvalue;
83 unsigned char databuf[1];
84 unsigned char ledstat;
85 struct beep_dev *dev = filp->private_data;
86
87 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
88 if(retvalue < 0) {
89 printk("kernel write failed!\r\n");
90 return -EFAULT;
91 }
92
93 ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
94
95 if(ledstat == BEEPON) {
96 gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0); /* 打开蜂鸣器 */
97 } else if(ledstat == BEEPOFF) {
98 gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1); /* 关闭蜂鸣器 */
99 }
100 return 0;
101 }
102
103 /*
104 * @description : 关闭/释放设备
105 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
106 * @return : 0 成功;其他失败
107 */
108 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
109 {
110 return 0;
111 }
112
113 /* 设备操作函数 */
114 static struct file_operations beep_fops = {
115 .owner = THIS_MODULE,
116 .open = led_open,
117 .read = led_read,
118 .write = led_write,
119 .release = led_release,
120 };
121
122 /*
123 * @description : 驱动出口函数
124 * @param : 无
125 * @return : 无
126 */
127 static int __init led_init(void)
128 {
129 int ret = 0;
130 const char *str;
131
132 /* 设置LED所使用的GPIO */
133 /* 1、获取设备节点：beep */
134 beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
135 if(beep.nd == NULL) {
136 printk("beep node not find!\r\n");
137 return -EINVAL;
138 }
139
140 /* 2.读取status属性 */
141 ret = of_property_read_string(beep.nd, "status", &str);
142 if(ret < 0)
143 return -EINVAL;
144
145 if (strcmp(str, "okay"))
146 return -EINVAL;
147
148 /* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
149 ret = of_property_read_string(beep.nd, "compatible", &str);
150 if(ret < 0) {
151 printk("beep: Failed to get compatible property\n");
152 return -EINVAL;
153 }
154
155 if (strcmp(str, "alientek,beep")) {
156 printk("beep: Compatible match failed\n");
157 return -EINVAL;
158 }
159
160 /* 4、获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的LED编号 */
161 beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd, "beep-gpio", 0);
162 if(beep.beep_gpio < 0) {
163 printk("can't get led-gpio");
164 return -EINVAL;
165 }
166 printk("beep-gpio num = %d\r\n", beep.beep_gpio);
167
168 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
169 ret = gpio_request(beep.beep_gpio, "BEEP-GPIO");
170 if (ret) {
171 printk(KERN_ERR "beep: Failed to request beep-gpio\n");
172 return ret;
173 }
174
175 /* 6、设置PC7为输出，并且输出高电平，默认关闭BEEP */
176 ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio, 1);
177 if(ret < 0) {
178 printk("can't set gpio!\r\n");
179 }
180
181 /* 注册字符设备驱动 */
182 /* 1、创建设备号 */
183 if (beep.major) { /* 定义了设备号 */
184 beep.devid = MKDEV(beep.major, 0);
185 ret = register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT,
BEEP_NAME);
186 if(ret < 0) {
187 pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n",
BEEP_NAME, BEEP_CNT);
188 goto free_gpio;
189 }
190 } else { /* 没有定义设备号 */
191 ret = alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT,
BEEP_NAME); /* 申请设备号 */
192 if(ret < 0) {
193 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n",
BEEP_NAME, ret);
194 goto free_gpio;
195 }
196 beep.major = MAJOR(beep.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
197 beep.minor = MINOR(beep.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
198 }
199 printk("beep major=%d,minor=%d\r\n",beep.major, beep.minor);
200
201 /* 2、初始化cdev */
202 beep.cdev.owner = THIS_MODULE;
203 cdev_init(&beep.cdev, &beep_fops);
204
205 /* 3、添加一个cdev */
206 cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);
207 if(ret < 0)
208 goto del_unregister;
209
210 /* 4、创建类 */
211 beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
212 if (IS_ERR(beep.class)) {
213 goto del_cdev;
214 }
215
216 /* 5、创建设备 */
217 beep.device = device_create(beep.class, NULL, beep.devid, NULL,
BEEP_NAME);
218 if (IS_ERR(beep.device)) {
219 goto destroy_class;
220 }
221 return 0;
222
223 destroy_class:
224 class_destroy(beep.class);
225 del_cdev:
226 cdev_del(&beep.cdev);
227 del_unregister:
228 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT);
229 free_gpio:
230 gpio_free(beep.beep_gpio);
231 return -EIO;
232 }
233
234 /*
235 * @description : 驱动出口函数
236 * @param : 无
237 * @return : 无
238 */
239 static void __exit led_exit(void)
240 {
241 /* 注销字符设备驱动 */
242 cdev_del(&beep.cdev); /* 删除cdev */
243 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 注销设备号 */
244 device_destroy(beep.class, beep.devid); /* 注销设备 */
245 class_destroy(beep.class); /* 注销类 */
246 gpio_free(beep.beep_gpio); /* 释放GPIO */
247 }
248
249 module_init(led_init);
250 module_exit(led_exit);
251 MODULE_LICENSE("GPL");
252 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
253 MODULE_INFO(intree, "Y");

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，只是换为了初始化BEEP这个PIN，这里就不详细的讲解了。
26.3.3 编写测试APP
测试APP在上一章实验的ledApp.c文件的基础上完成，新建名为beepApp.c的文件，然后输入如下所示内容：
示例代码26.3.3.1 beepApp.c文件

1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8 /***************************************************************
9 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
10 文件名 : beepApp.c
11 作者 : 正点原子Linux团队
12 版本 : V1.0
13 描述 : beep测试APP。
14 其他 : 无
15 使用方法：./beepApp /dev/beep 0 关闭蜂鸣器
16 ./beepApp /dev/beep 1 打开蜂鸣器
17 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
18 日志 : 初版V1.0 2020/12/31 正点原子Linux团队创建
19 ***************************************************************/
20
21 #define BEEPOFF 0
22 #define BEEPON 1
23
24 /*
25 * @description : main主程序
26 * @param - argc : argv数组元素个数
27 * @param - argv : 具体参数
28 * @return : 0 成功;其他失败
29 */
30 int main(int argc, char *argv[])
31 {
32 int fd, retvalue;
33 char *filename;
34 unsigned char databuf[1];
35
36 if(argc != 3){
37 printf("Error Usage!\r\n");
38 return -1;
39 }
40
41 filename = argv[1];
42
43 /* 打开beep驱动 */
44 fd = open(filename, O_RDWR);
45 if(fd < 0){
46 printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
47 return -1;
48 }
49
50 databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */
51
52 /* 向/dev/beep文件写入数据 */
53 retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
54 if(retvalue < 0){
55 printf("BEEP Control Failed!\r\n");
56 close(fd);
57 return -1;
58 }
59
60 retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
61 if(retvalue < 0){
62 printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
63 return -1;
64 }
65 return 0;
66 }
67

复制代码

      beepApp.c的文件内容和ledApp.c文件内容基本一样，要是对文件进行打开、写、关闭等操作。
26.4 运行测试
26.4.1 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文件和第二十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为beep.o，Makefile内容如下所示：
示例代码26.4.1.1 Makefile文件

1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31
......
4 obj-m := beep.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beep.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“beep.ko”的驱动模块文件。
      2、编译测试APP
      输入如下命令编译测试beepApp.c这个测试程序：

arm-none-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp

复制代码

编译成功以后就会生成beepApp这个应用程序。
26.4.2 运行测试
将上一小节编译出来的beep.ko和beepApp这两个文件拷贝到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beep.ko驱动模块：