嵌入式 Linux LED 驱动开发实验
1.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。
1.1地址映射
在编写驱动之前，我们需要先简单了解一下 MMU 这个神器，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。
首先了解两个地址概念：虚拟地址(VA,Virtual Address)、物理地址(PA，PhyscicalAddress)。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，如图：
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，这里我们不要去深究，因为
MMU 是很复杂的一个东西，暂时不做过多讲解。
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。（映射物理起始地址、大小、类型，设置成功返回虚拟地址；解除时需出入映射的虚拟地址）
1.2 I/O 内存访问函数
readb、readw 和 readl 这三个函数分别对应 8bit、16bit 和 32bit 读操作，参数 addr 就是要
读取写内存地址，返回值就是读取到的数据。
writeb、writew 和 writel 这三个函数分别对应 8bit、16bit 和 32bit 写操作，参数 value 是要
写入的数值，addr 是要写入的地址。
2.硬件原理图
3.1LED 灯驱动程序编写
#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>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : led.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : LED 驱动文件。
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版 V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/
#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;/** @description : LED 打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开 LED，LEDOFF(1) 关闭 LED* @return : 无*/
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);}
}/** @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 int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{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*/
static ssize_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*/
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); /* 打开 LED 灯 */} else if(ledstat == LEDOFF) {led_switch(LEDOFF); /* 关闭 LED 灯 */}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 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,
};/** @description : 驱动入口函数* @param : 无* @return : 无*/
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); /* 清除以前的设置 */val |= (3 << 26); /* 设置新值 */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 IO 属性 */writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭 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;
}/** @description : 驱动出口函数* @param : 无* @return : 无*/
static void __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);/* 注销字符设备驱动 */unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
3.2测试APP编写
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"/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : ledApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : LED 驱测试 APP。
其他 : 无
使用方法 ：./ledtest /dev/led 0 关闭 LED./ledtest /dev/led 1 打开 LED
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版 V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/#define LEDOFF 0
#define LEDON 1/** @description : main 主程序* @param - argc : argv 数组元素个数* @param - argv : 具体参数* @return : 0 成功;其他 失败*/
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("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 *//* 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("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0;
}
4.运行测试
4.1程序编译
驱动程序编译新建Makefile,与上一小节基本一样，改个名字即可，如下:
测试程序编译：
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp4.2运行测试
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe led.ko //加载驱动
驱动加载成功以后创建“/dev/led”设备节点，命令如下：
mknod /dev/led c 200 0
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：
./ledApp /dev/led 1 //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：
./ledApp /dev/led 0 //关闭 LED 灯
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
rmmod led.ko