【Linux驅動開發】引入 pinctrl 子系統 和 gpio 子系統——LED實驗

一、引入 pinctrl 子系統 與 gpio 子系統

詳情參考文章：pinctrl 子系統 與 gpio 子系統

 

 

 

二、修改測試設備樹文件

1、添加 pinctrl 節點

打開 imx6ull-iot-emmc.dts，在 iomuxc 節點的 imx6ul-evk 子節點下創建一個名爲“pinctrl_led”的子節點：

將 GPIO1_IO03 複用爲 GPIO1_IO03，電氣屬性值爲 0X10B0

 

pinctrl_led: ledgrp {
    fsl,pins = <
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10B0 /* LED0 */
    >;
};

2、添加 LED 設備節點

在根節點“/”下創建 LED 燈節點，節點名爲“gpioled”

 

gpioled {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "iot-gpioled";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
    led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";
}

3、檢查 PIN 是否被其他外設使用

1、檢查 pinctrl 設置。

2、如果這個 PIN 配置爲 GPIO 的話，檢查這個 GPIO 有沒有被別的外設使用。

 

修改設備樹 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件

 

（1）搜索 GPIO1_IO03

pinctrl_tsc 節點是 TSC(電阻觸摸屏接口)的 pinctrl 節點，沒有使用，屏蔽GPIO定義：

 

 

（2）搜索 gpio1 3

 tsc 是 TSC 的外設節點，屏蔽GPIO定義： 

4、編譯設備樹

make dtbs

 

三、啓動系統

Linux 系統選擇通過 TFTP 從網絡啓動，並且使用 NFS 掛載網絡根文件系統

（1）將編譯出的 imx6ull-iot-emmc.dtb （arch/arm/boot/dts/目錄）與 zImage（arch/arm/boot/目錄）複製到 tftp 文件夾
（2）設置 bootargs 環境變量，根文件系統從 nfs/roofts 啓動

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.137.18:/home/pjw/linux/nfs/rootfs ip=192.168.137.20:192.168.137.18:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'

（3）設置 bootcmd 環境變量，通過 TFTP 啓動內核和設備樹

setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage;tftp 83000000 imx6ull-iot-emmc.dtb;bootz 80800000 - 83000000'

（4）使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 啓動 Linux 內核。啓動成功以後進入/proc/device-tree/目錄查看是否有“gpioled”節點。

 

 

四、編寫驅動程序

（1）採用 pinctrl 子系統 與 直接操作寄存器 對比

1>採用 pinctrl 子系統 設置LED所使用的GPIO：

 

/* 1、獲取設備節點：gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");

/* 2、 獲取設備樹中的gpio屬性，得到LED所使用的LED編號 */
gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);

/* 3、設置GPIO1_IO03爲輸出，並且輸出高電平，默認關閉LED燈 */
ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);

2>直接操作寄存器 設置LED所使用的GPIO：

/* 1、獲取設備節點：iotled */
dtsled.nd = of_find_node_by_path("/iotled");

/* 2、寄存器地址映射 */
IMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0);
SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);
SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);
GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);
GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);

/* 3、使能GPIO1時鐘 */
val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
val &= ~(3 << 26);	/* 清楚以前的設置 */
val |= (3 << 26);	/* 設置新值 */
writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

/* 4、設置GPIO1_IO03的複用功能，將其複用爲GPIO1_IO03，最後設置IO屬性。*/
writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);

/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03設置IO屬性*/
writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

/* 5、設置GPIO1_IO03爲輸出功能 */
val = readl(GPIO1_GDIR);
val &= ~(1 << 3);	/* 清除以前的設置 */
val |= (1 << 3);	/* 設置爲輸出 */
writel(val, GPIO1_GDIR);

/* 6、默認關閉LED */
val = readl(GPIO1_DR);
val |= (1 << 3);	
writel(val, GPIO1_DR);

（2）詳細驅動程序

gpioled.c

#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 <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>


#define GPIOLED_CNT			1		  	/* 設備號個數 */
#define GPIOLED_NAME		"gpioled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 				0			/* 關燈 */
#define LEDON 				1			/* 開燈 */

/* gpioled設備結構體 */
struct gpioled_dev{
	dev_t devid;			/* 設備號 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;	/* 類 		*/
	struct device *device;	/* 設備 	 */
	int major;				/* 主設備號	  */
	int minor;				/* 次設備號   */
	struct device_node	*nd; /* 設備節點 */
	int led_gpio;			/* led所使用的GPIO編號		*/
};

struct gpioled_dev gpioled;	/* led設備 */

/*
 * @description		: 打開設備
 * @param - inode 	: 傳遞給驅動的inode
 * @param - filp 	: 設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量
 * 					  一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &gpioled; /* 設置私有數據 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 從設備讀取數據 
 * @param - filp 	: 要打開的設備文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回給用戶空間的數據緩衝區
 * @param - cnt 	: 要讀取的數據長度
 * @param - offt 	: 相對於文件首地址的偏移
 * @return 			: 讀取的字節數，如果爲負值，表示讀取失敗
 */
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向設備寫數據 
 * @param - filp 	: 設備文件，表示打開的文件描述符
 * @param - buf 	: 要寫給設備寫入的數據
 * @param - cnt 	: 要寫入的數據長度
 * @param - offt 	: 相對於文件首地址的偏移
 * @return 			: 寫入的字節數，如果爲負值，表示寫入失敗
 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;
	struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		printk("kernel write failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 獲取狀態值 */

	if(ledstat == LEDON) {	
		gpio_set_value(dev->led_gpio, 0);	/* 打開LED燈 */
	} else if(ledstat == LEDOFF) {
		gpio_set_value(dev->led_gpio, 1);	/* 關閉LED燈 */
	}
	return 0;
}

/*
 * @description		: 關閉/釋放設備
 * @param - filp 	: 要關閉的設備文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

/* 設備操作函數 */
static struct file_operations gpioled_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
	.release = 	led_release,
};

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static int __init led_init(void)
{
	int ret = 0;

	/* 設置LED所使用的GPIO */
	/* 1、獲取設備節點：gpioled */
	gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
	if(gpioled.nd == NULL) {
		printk("gpioled node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	} else {
		printk("gpioled node find!\r\n");
	}

	/* 2、 獲取設備樹中的gpio屬性，得到LED所使用的LED編號 */
	gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
	if(gpioled.led_gpio < 0) {
		printk("can't get led-gpio");
		return -EINVAL;
	}
	printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);

	/* 3、設置GPIO1_IO03爲輸出，並且輸出高電平，默認關閉LED燈 */
	ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
	if(ret < 0) {
		printk("can't set gpio!\r\n");
	}

	/* 註冊字符設備驅動 */
	/* 1、創建設備號 */
	if (gpioled.major) {		/*  定義了設備號 */
		gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
		register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
	} else {						/* 沒有定義設備號 */
		alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);	/* 申請設備號 */
		gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);	/* 獲取分配號的主設備號 */
		gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);	/* 獲取分配號的次設備號 */
	}
	printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
	
	/* 3、添加一個cdev */
	cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);

	/* 4、創建類 */
	gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
	if (IS_ERR(gpioled.class)) {
		return PTR_ERR(gpioled.class);
	}

	/* 5、創建設備 */
	gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
	if (IS_ERR(gpioled.device)) {
		return PTR_ERR(gpioled.device);
	}
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static void __exit led_exit(void)
{
	/* 註銷字符設備驅動 */
	cdev_del(&gpioled.cdev);/*  刪除cdev */
	unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 註銷設備號 */

	device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
	class_destroy(gpioled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("pjw");

 以下文件與之前的一致：

ledApp.c

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
 
 
#define LEDOFF     0
#define LEDON     1
 
/*
 * @description        : main主程序
 * @param - argc     : argv數組元素個數
 * @param - argv     : 具體參數
 * @return             : 0 成功;其他 失敗
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, retvalue;
    char *filename;
    unsigned char databuf[1];
    
    if(argc != 3){
        printf("Error Usage!\r\n");
        return -1;
    }
 
    filename = argv[1];
 
    /* 打開led驅動 */
    fd = open(filename, O_RDWR);
    if(fd < 0){
        printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }
 
    databuf[0] = atoi(argv[2]);    /* 要執行的操作：打開或關閉 */
 
    /* 向/dev/led文件寫入數據 */
    retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
    if(retvalue < 0){
        printf("LED Control Failed!\r\n");
        close(fd);
        return -1;
    }
 
    retvalue = close(fd); /* 關閉文件 */
    if(retvalue < 0){
        printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }
    return 0;
}

Makefile

KERNELDIR := /home/pjw/linux/kernel/iot_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
 
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
 
obj-m := gpioled.o
 
build: kernel_modules
 
kernel_modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
 
clean:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

 

五、編譯

1、編譯驅動程序

make -j12

編譯成功 ：

2、編譯應用程序

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

 

五、測試：

1、將gpioled.ko和 ledApp這兩個文件拷貝到 rootfs/lib/modules 目錄
2、主板終端進入到目錄 lib/modules/4.1.15 中，輸入如下命令加載 gpioled.ko 驅動模塊：

depmod                 //第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe gpioled.ko     //加載驅動

如圖，加載驅動成功，找到了 gpioled 節點，輸出各個屬性：

3、查看設備節點

ls /dev/gpioled -l

4、查看當前系統中存在的模塊

lsmod

 

5、查看當前系統中的設備

cat /proc/devices

6、開關 LED 燈

./ledApp /dev/gpioled 1 //打開 LED 燈

./ledApp /dev/gpioled 0 //關閉 LED 燈

./ledApp	執行應用程序
/dev/gpioled	要操作的設備
1	寫入值

7、卸載驅動

rmmod gpioled.ko