本帖最后由 正点原子运营 于 2023-6-7 10:25 编辑
第二十三章 gpio子系统下的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
在上一章当中已经给大家介绍了linux的gpio子系统，那本章我们就来编写一个基于gpio子系统API的LED驱动程序，本章将在第二十一章设备树LED驱动实验的基础上进行修改完成。
23.1 实验简介在《第二十一章设备树下的LED驱动实验》中，虽然我们在dtsled.c驱动代码中获取到了GPIO有关寄存器物理地址，然后使用of_iomap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，但本质上还是跟裸机没啥区别，还非常的麻烦。所以本章就带大家完成一个gpio子系统下的led驱动程序，本章我们在第二十一章实验基础上完成，本章实验重点内容如下： ① 修改第二十一章创建的led节点，在节点中指定led使用的GPIO。 ② 去掉led节点中的reg属性，因为不需要用到了。 ③ 在第二十一章驱动实验的基础上修改驱动代码，获取设备树中传入的gpio，调用gpio子系统提供的API函数对gpio进行操控。
23.2 硬件原理图分析本章实验硬件原理图参考18.3小节即可。
23.3 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\5_gpioled。 本章实验在第二十一章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于gpio子系统的框架下的led驱动代码。
23.3.1 修改设备树文件1、添加led-gpio节点指定led使用的GPIO 打开linux内核源码目录下的arch/arm64/boot/dts/xilinx/system-user.dtsi文件，找到第二十一章创建在根节点“/”下的led节点，我们需要对led节点内容进行修改，去掉之前reg属性，添加led-gpio节点指定LED所使用的GPIO管脚，修改完成之后如下所示： - 示例代码23.3.1.1 system-user.dtsi文件led节点
- 1 #include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
- 2 #include <dt-bindings/input/input.h>
- 3
- 4 #defineGPIO_ACTIVE_HIGH 0
- 5 #defineGPIO_ACTIVE_LOW 1
- 6
- 7 / {
- 8 model = "Alientek Zynq MpSocDevelopment Board";
- 9 compatible = "xlnx,zynqmp-atk", "xlnx,zynqmp";
- 10
- 11 led {
- 12 compatible = "alientek,led";
- 13 status = "okay";
- 14 default-state = "on";
- 15
- 16 led-gpio = <&gpio 38 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
- 17 };
- 18
- 19 };
- 20
- 21 &gem3 {
- 22 phy-handle = <eernet_phy>;
- 23 local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];
- 24
- 25 ethernet_phy: ethernet-phy@7 {
- 26 reg = <0x7>;
- 27 };
- 28 };
- …
- …
第4和第5行，在设备树文件中定义了两个宏，这两个宏用来表示GPIO是高电平有效还是低电平有效，GPIO_ACTIVE_HIGH表示高电平有效。
第16行，将之前定义的reg属性给去掉了，加上了一个“led-gpio”属性，它的值等于“<&gpio 38 GPIO_ACTIVE_HIGH>”，led-gpio属性指定了LED灯所使用的GPIO，在这里就是GPIO的MIO38，高电平有效，这些内容在第二十二章给大家讲过了，这里不再重复说明。稍后编写驱动程序的时候会获取led-gpio属性的内容来得到GPIO编号，因为gpio子系统的API操作函数需要GPIO编号。
2、添加pinctrl节点 对于ZYNQ MPSoC来说，我们不需要pinctrl，原因前面已经给大家讲过了！
3、重新编译system-top.dts 上面修改完成之后，执行下面的命令重新编译system-top.dts，如下所示： 编译完成之后将system-top.dtb文件重命名为system.dtb，然后将其拷贝到开发板的SD启动卡Fat分区，替换掉之前的system.dtb文件，然后重启开发板，进入到/proc/device-tree目录下，可以看到我们的led节点，进入到led节点目录下，如下所示： 可以看到有一个“led-gpio”文件，这就是我们前面新添加的属性。因为led-gpio属性的值是引用别的节点，所以直接用cat命令看不到这个文件的东西，我们可以使用od命令查看，如下所示：
所以可以知道它里面是有东西的。
23.3.2 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，本章实验在第二十一章实验驱动文件dtsled.c的基础上修改而来。首先在drivers目录下新建名为“5_gpioled”文件夹，然后在5_gpioled文件夹里面新建gpioled.c文件，在gpioled.c里面输入如下内容： - 示例代码23.3.2.1 gpioled.c文件内容
- 1 /***************************************************************
- 2 Copyright ©ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
- 3 文件名 : gpioled.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>
- 20 #include <asm/mach/map.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 #include <linux/of_gpio.h>
- 27
- 28 #defineGPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
- 29 #defineGPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
- 30
- 31 /*dtsled设备结构体 */
- 32 structgpioled_dev {
- 33 dev_t devid; /* 设备号 */
- 34 struct cdev cdev; /* cdev */
- 35 struct class *class; /* 类 */
- 36 struct device *device; /* 设备 */
- 37 int major; /* 主设备号 */
- 38 int minor; /* 次设备号 */
- 39 structdevice_node *nd; /* 设备节点 */
- 40 int led_gpio; /* LED所使用的GPIO编号 */
- 41 };
- 42
- 43 static structgpioled_dev gpioled; /* led设备 */
- 44
- 45 /*
- 46 * @description : 打开设备
- 47 * @param – inode : 传递给驱动的inode
- 48 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
- 49 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
- 50 * @return : 0 成功;其他 失败
- 51 */
- 52 static intled_open(struct inode *inode, struct file*filp)
- 53 {
- 54 filp->private_data= &gpioled; /* 设置私有数据 */
- 55 return 0;
- 56 }
- 57
- 58 /*
- 59 * @description : 从设备读取数据
- 60 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
- 61 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
- 62 * @param - cnt : 要读取的数据长度
- 63 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
- 64 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
- 65 */
- 66 staticssize_t led_read(struct file *filp, char__user *buf,
- 67 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 staticssize_t led_write(struct file *filp, const char__user *buf,
- 81 size_t cnt,loff_t *offt)
- 82 {
- 83 int ret;
- 84 char kern_buf[1];
- 85
- 86 ret =copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
- 87 if(0 > ret) {
- 88 printk(KERN_ERR"kernel write failed!\r\n");
- 89 return -EFAULT;
- 90 }
- 91
- 92 if (0 ==kern_buf[0])
- 93 gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
- 94 else if (1 ==kern_buf[0])
- 95 gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 1); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
- 96
- 97 return 0;
- 98 }
- 99
- 100 /*
- 101 * @description : 关闭/释放设备
- 102 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
- 103 * @return : 0 成功;其他 失败
- 104 */
- 105 static intled_release(struct inode *inode, struct file*filp)
- 106 {
- 107 return 0;
- 108 }
- 109
- 110 /* 设备操作函数 */
- 111 static structfile_operations gpioled_fops = {
- 112 .owner = THIS_MODULE,
- 113 .open =led_open,
- 114 .read =led_read,
- 115 .write = led_write,
- 116 .release= led_release,
- 117 };
- 118
- 119 static int__init led_init(void)
- 120 {
- 121 const char *str;
- 122 int ret;
- 123
- 124 /* 1.获取led设备节点 */
- 125 gpioled.nd =of_find_node_by_path("/led");
- 126 if(NULL ==gpioled.nd) {
- 127 printk(KERN_ERR"gpioled: Failed to get /led node\n");
- 128 return -EINVAL;
- 129 }
- 130
- 131 /* 2.读取status属性 */
- 132 ret =of_property_read_string(gpioled.nd, "status", &str);
- 133 if(!ret) {
- 134 if (strcmp(str, "okay"))
- 135 return -EINVAL;
- 136 }
- 137
- 138 /* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
- 139 ret =of_property_read_string(gpioled.nd, "compatible", &str);
- 140 if(0 > ret) {
- 141 printk(KERN_ERR"gpioled: Failed to get compatible property\n");
- 142 return ret;
- 143 }
- 144
- 145 if (strcmp(str, "alientek,led")) {
- 146 printk(KERN_ERR"gpioled: Compatible match failed\n");
- 147 return -EINVAL;
- 148 }
- 149
- 150 printk(KERN_INFO"gpioled: device matching successful!\r\n");
- 151
- 152 /* 4.获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号 */
- 153 gpioled.led_gpio= of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
- 154 if(!gpio_is_valid(gpioled.led_gpio)) {
- 155 printk(KERN_ERR"gpioled: Failed to get led-gpio\n");
- 156 return -EINVAL;
- 157 }
- 158
- 159 printk(KERN_INFO"gpioled: led-gpio num = %d\r\n",gpioled.led_gpio);
- 160
- 161 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
- 162 ret =gpio_request(gpioled.led_gpio, "LED-GPIO");
- 163 if (ret) {
- 164 printk(KERN_ERR"gpioled: Failed to request led-gpio\n");
- 165 return ret;
- 166 }
- 167
- 168 /* 6.将led gpio管脚设置为输出模式 */
- 169 gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 0);
- 170
- 171 /* 7.初始化LED的默认状态 */
- 172 ret =of_property_read_string(gpioled.nd, "default-state", &str);
- 173 if(!ret) {
- 174 if (!strcmp(str, "on"))
- 175 gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 1);
- 176 else
- 177 gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0);
- 178 } else
- 179 gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 0);
- 180
- 181 /* 8.注册字符设备驱动 */
- 182 /* 创建设备号 */
- 183 if (gpioled.major) {
- 184 gpioled.devid= MKDEV(gpioled.major, 0);
- 185 ret =register_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
- 186 if (ret)
- 187 goto out1;
- 188 } else {
- 189 ret =alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0,GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
- 190 if (ret)
- 191 goto out1;
- 192
- 193 gpioled.major= MAJOR(gpioled.devid);
- 194 gpioled.minor= MINOR(gpioled.devid);
- 195 }
- 196
- 197 printk("gpioled:major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,gpioled.minor);
- 198
- 199 /* 初始化cdev*/
- 200 gpioled.cdev.owner= THIS_MODULE;
- 201 cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
- 202
- 203 /* 添加一个cdev*/
- 204 ret =cdev_add(&gpioled.cdev,gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
- 205 if (ret)
- 206 goto out2;
- 207
- 208 /* 创建类 */
- 209 gpioled.class= class_create(THIS_MODULE,GPIOLED_NAME);
- 210 if (IS_ERR(gpioled.class)) {
- 211 ret =PTR_ERR(gpioled.class);
- 212 goto out3;
- 213 }
- 214
- 215 /* 创建设备 */
- 216 gpioled.device= device_create(gpioled.class, NULL,
- 217 gpioled.devid, NULL,GPIOLED_NAME);
- 218 if (IS_ERR(gpioled.device)) {
- 219 ret =PTR_ERR(gpioled.device);
- 220 goto out4;
- 221 }
- 222
- 223 return 0;
- 224
- 225 out4:
- 226 class_destroy(gpioled.class);
- 227
- 228 out3:
- 229 cdev_del(&gpioled.cdev);
- 230
- 231 out2:
- 232 unregister_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
- 233
- 234 out1:
- 235 gpio_free(gpioled.led_gpio);
- 236
- 237 return ret;
- 238 }
- 239
- 240 static void__exit led_exit(void)
- 241 {
- 242 /* 注销设备 */
- 243 device_destroy(gpioled.class,gpioled.devid);
- 244
- 245 /* 注销类 */
- 246 class_destroy(gpioled.class);
- 247
- 248 /* 删除cdev*/
- 249 cdev_del(&gpioled.cdev);
- 250
- 251 /* 注销设备号 */
- 252 unregister_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
- 253
- 254 /* 释放GPIO*/
- 255 gpio_free(gpioled.led_gpio);
- 256 }
- 257
- 258 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
- 259 module_init(led_init);
- 260 module_exit(led_exit);
- 261
- 262 MODULE_AUTHOR("DengTao<773904075@qq.com>");
- 263MODULE_DESCRIPTION("AlientekZYNQ GPIO LED Driver");
- 264 MODULE_LICENSE("GPL");
第26行，使用include包含of_gpio.h头文件，因为我们的代码中使用到了与gpio相关的OF函数。
第28~29行，定义led设备的设备号数量以及led设备的名字。
第32~41行，定义了struct gpioled_dev结构体，在第二十一章的基础上加入led_gpio用来表示GPIO的编号。
第80~98行，使用gpio_set_value函数替代第二十一章直接操作GPIO寄存器的做法，那么这个函数我们在前面一张给大家介绍过了。
第125~129行，跟之前是一样的，从设备树中获取led节点，包括后面读取“status”属性以及“compatible”属性。
第153~157行，重点在这里，使用of_get_named_gpio函数获取设备树中led节点指定的gpio管脚，得到一个GPIO编号，那么这个编号是linux内核gpio子系统对应的GPIO编号，一个编号就对应一个gpio，那么我们这里得到的这个编号就对应设备树中led-gpio指定的那个管脚（gpio_38---MIO38）。得到GPIO编号之后使用gpio_is_valid函数判断编号是否是有效编号。
第162~166行，通过gpio_request函数去申请对该gpio管脚的使用权。
第169行，通过gpio_direction_output函数将gpio设置为输出模式。
第172~179行，根据led节点的“default-state”属性初始化LED的状态，使用gpio_set_value函数设置gpio输出高或低电平。
后面跟第二十一章就是一样的，需要注意的是，第240~256行，驱动模块的出口函数中一定要把申请的gpio管脚给释放，通过gpio_free函数释放gpio。
23.3.3 编写测试APP本章直接使用第二十一章的测试APP，将第二十一章实验目录下的测试APP源程序ledApp.c以及编译好的可执行文件ledApp全部拷贝到本章实验目录下，这样就不用再次编译ledApp.c文件了。
23.4 运行测试
23.4.1 编译驱动程序和测试APP1、编译驱动程序 编写Makefile文件，同样也是将第二十一章实验目录下的Makefile文件直接拷贝到本章实验目录下，只是将obj-m变量的值改为gpioled.o，Makefile内容如下所示： - 示例代码23.4.1.1 Makefile文件
- KERN_DIR :=/home/shang/git.d/linux-xlnx
- obj-m :=gpioled.o
- all:
- make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
- clean:
- make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
第2行，设置obj-m变量的值为gpioled.o。
修改完成之后保存退出，此时在我们的工程目录（5_gpioled）下有如下文件： 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“gpioled.ko”的驱动模块文件，如下所示： 2、编译测试APP 不用编译，直接用上一章的ledApp可执行文件即可！
23.4.2 运行测试将前面编译出来的gpioled.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，重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.19.0中，输入如下命令加载gpioled.ko驱动模块： - depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
- modprobe gpioled.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 23.4.3中可以看出，通过of_get_named_gpio函数得到gpio 38（MIO38）这个GPIO的编号为339。看起来这个数字有点大哈，不过没关系，能用就行！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/gpioled 0 //关闭LED灯
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。在输入如下命令打开LED灯： - ./ledApp /dev/gpioled 1 //打开LED灯
输入上述命令以后查看开发板上的PS_LED1灯是否点亮。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可： | 
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发表于 2023-6-8 10:28:56
