Linux驱动开发学习笔记2《LED驱动开发试验》
目录
一、Linux下LED灯驱动原理
1.地址映射
二、硬件原理图分析
三、实验程序编写
1.LED 灯驱动程序编写
2.编写测试APP
四、运行测试
1.编译驱动程序和测试APP
（1）编译驱动程序
（2）编译测试APP
2.运行测试
一、Linux下LED灯驱动原理
Linux 下的任何外设驱动，最终都是要配置相应的硬件寄存器。所以本章的LED 灯驱动最终也是对I.MX6ULL 的IO口进行配置，与裸机实验不同的是，在Linux 下编写驱动要符合Linux的驱动框架。I.MX6U-ALPHA 开发板上的LED 连接到I.MX6ULL 的GPIO1_IO03 这个引脚上，因此本章实验的重点就是编写Linux 下I.MX6UL引脚控制驱动。
1.地址映射
MMU 全称叫做Memory Manage Unit，也就是内存管理单元。在老版本的Linux 中要求处理器必须有MMU，但是现在Linux 内核已经支持无MMU的处理器了。MMU主要完成的功能如下：
（1）完成虚拟空间到物理空间的映射。
（2）内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储空间的缓冲特性。
我们重点来看一下第（1）点，也就是虚拟空间到物理空间的映射，也叫做地址映射。首先了解两个地址概念：虚拟地址(VA,Virtual Address)、物理地址(PA，Physcical Address)。对于32 位的处理器来说，虚拟地址范围是2^32=4GB，我们的开发板上有512MB 的DDR3，这512MB 的内存就是物理内存，经过MMU 可以将其映射到整个4GB 的虚拟空间，如下图所示：
物理内存只有512MB，虚拟内存有4GB，那么肯定存在多个虚拟地址映射到同一个物理地址上去，虚拟地址范围比物理地址范围大的问题处理器自会处理。
Linux 内核启动的时候会初始化MMU，设置好内存映射，设置好以后CPU 访问的都是虚拟地址。比如I.MX6ULL 的GPIO1_IO03 引脚的复用寄存器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 的地址为0X020E0068。如果没有开启MMU 的话直接向0X020E0068 这个寄存器地址写入数据就可以配置GPIO1_IO03 的复用功能。现在开启了MMU，并且设置了内存映射，因此就不能直接向0X020E0068 这个地址写入数据了。我们必须得到0X020E0068 这个物理地址在Linux 系统里面对应的虚拟地址，这里就涉及到了物理内存和虚拟内存之间的转换，需要用到两个函数：ioremap 和iounmap。
二、硬件原理图分析
从上图可以看出，LED0 接到了GPIO_3 上，GPIO_3 就是GPIO1_IO03，当GPIO1_IO03输出低电平(0)的时候发光二极管LED0 就会导通点亮，当GPIO1_IO03 输出高电平(1)的时候发光二极管LED0 不会导通，因此LED0也就不会点亮。所以LED0 的亮灭取决于GPIO1_IO03的输出电平，输出0 就亮，输出1 就灭。
三、实验程序编写
1.LED 灯驱动程序编写
新建名为“2_led”文件夹，然后在2_led 文件夹里面创建VSCode 工程，工作区命名为“led”。工程创建好以后新建led.c 文件，此文件就是led 的驱动文件，在led.c 里面输入如下内容：
#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/io.h>
#define LED_MAJOR 200 //主设备号
#define LED_NAME "led" //设备名字
#define LEDOFF 0 //关灯
#define LEDON 1 //开灯
//寄存器物理地址
#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)
//映射后的寄存器虚拟地址指针
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;
//LED打开/关闭
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON)
{
val = readl(GPIO1_DR);
val &= ~(1 << 3);
writel(val, GPIO1_DR);
}
else if(sta == LEDOFF)
{
val = readl(GPIO1_DR);
val |= (1 << 3);
writel(val, GPIO1_DR);
}
}
//打开设备
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
//从设备读取数据
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
//从设备写取数据
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;
retvalue = copy_from_user(databuf,buf,cnt);
if(retvalue < 0)
{
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0];//获取状态值
if(ledstat == LEDON)
{
led_switch(LEDON); //开灯
}
else if(ledstat == LEDOFF)
{
led_switch(LEDOFF);//关灯
}
return 0;
}
//关闭/释放设备
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
//设备操作函数
static struct file_operations led_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
//驱动入口函数
static int __init led_init(void)
{
int retvalue = 0;
u32 val = 0;
//初始化LED
//1.寄存器地址映射
IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);
SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);
SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);
GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);
GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);
//2.使能GPIO1时钟
val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
val &= ~(3 << 26); //清楚以前的设置bit26, 27
val |= (3 << 26); //设置新值bit26,27置1
writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);
//3.设置GPIO1_IO03的复用功能，将其复用为GPIO1_IO03,最后设置IO属性
writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
//寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03 设置电气属性
writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);
//4.设置GPIO_IO03为输出功能，因为用的IO03,所以左移3位
val = readl(GPIO1_GDIR);
val &= ~(1 << 3); //清楚以前的设置
val |= (1 << 3); //bit3置1,设置为输出
writel(val, GPIO1_GDIR);
//5.默认关闭LED，设置第三位为1就是高点平关闭LED
val = readl(GPIO1_DR);
val |= (1 << 3);
writel(val, GPIO1_DR);
//6.注册字符设备驱动
retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
if(retvalue < 0)
{
printk("register chrdev failed!\r\n");
return -EIO;
}
return 0;
}
//驱动出口函数
static int __exit led_exit(void)
{
//取消映射
iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
iounmap(GPIO1_DR);
iounmap(GPIO1_GDIR);
//注销设备驱动
unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ssz");
2.编写测试APP
编写测试APP，led 驱动加载成功以后手动创建/dev/led 节点，应用APP 通过操作/dev/led文件来完成对LED 设备的控制。向/dev/led 文件写0 表示关闭LED 灯，写1 表示打开LED 灯。新建ledApp.c 文件，在里面输入如下内容：
#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
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];
//打开led驱动
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("filr %s open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]);
//向/dev/led文件写入数据
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0)
{
printf("LED Control Failed!\r\n");
close(fd);
return -1;
}
retvalue = close(fd); //关闭文件
if(retvalue < 0)
{
printf("fail %s close failed!\r\n",argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}
四、运行测试
1.编译驱动程序和测试APP
（1）编译驱动程序
编写Makefile 文件如下：
KERNELDIR := /home/ssz/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := led.o
build : kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean输入如下命令编译出驱动模块文件：
（2）编译测试APP
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp2.运行测试
将上一小节编译出来的led.ko 和ledApp 这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载led.ko 驱动模块：
驱动加载成功以后创建“/dev/led”设备节点，命令如下：
驱动节点创建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：
输入上述命令以后观察I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色LED 灯是否点亮，如果点亮的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭LED 灯：
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
