设备树下的LED驱动实验

        上一章我们详细的讲解了设备树语法以及在驱动开发中常用的OF函数，本章我们就开始第一个基于设备树的Linux驱动实验。本章在LED实验的基础上完成，只是将其驱动开发改为设备树形式而已。

1 设备树LED驱动原理

        在《新字符设备驱动实验》中，我们直接在驱动文件newchrled.c中定义有关寄存器物理地址，然后使用io_remap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。本章我们在第四十二章实验基础上完成，本章我们使用设备树来向Linux内核传递相关的寄存器物理地址，Linux驱动文件使用上一章讲解的OF函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的IO。本章实验还是比较简单的，本章实验重点内容如下：

①、在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中创建相应的设备节点。

②、编写驱动程序(在第四十二章实验基础上完成)，获取设备树中的相关属性值。

③、使用获取到的有关属性值来初始化LED所使用的GPIO。

2 硬件原理图分析

        参考之前章节。

3 实验程序编写

3.1 修改设备树文件

        在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点，打开imx6ull-alientek-emmc.dts文件，在根节点“/”最后面输入如下所示内容：

alphaled {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "atkalpha-led";status = "okay";reg = <0X020C406C 0X04      /* CCM_CCGR1_BASE             */0X020E0068 0X04      /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE     */0X020E02F4 0X04      /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE     */0X0209C000 0X04      /* GPIO1_DR_BASE              */0X0209C004 0X04      /* GPIO1_GDIR_BASE            */>;
};

        第2、3行，属性#address-cells和#size-cells都为1，表示reg属性中起始地址占用一个字长

(cell)，地址长度也占用一个字长(cell)。

        第4行，属性compatbile设置alphaled节点兼容性为“atkalpha-led”。

        第5行，属性status设置状态为“okay”。

        第6~10行，reg属性，非常重要！reg属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比

如第6行的“0X020C406C 0X04”表示I.MX6ULL的CCM_CCGR1寄存器，其中寄存器首地址为0X020C406C，长度为4个字节。

        设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下imx6ull-alientek-emmc.dts：

make dtbs 

        编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb，使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动

Linux内核。Linux启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“alphaled”这个节点，结果如图所示：

        如果没有“alphaled”节点的话请重点下面两点：

①、检查设备树修改是否成功，也就是alphaled节点是否为根节点“/”的子节点。

②、检查是否使用新的设备树启动的Linux内核。

        可以进入到图中的alphaled目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如图：

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，本章实验在第四十二章实验驱动文件newchrled.c的基础上修改而来。新建名为“4_dtsled”文件夹，然后在4_dtsled文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“dtsled”。工程创建好以后新建dtsled.c文件，在dtsled.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 <linux/cdev.h> 
#include <linux/device.h> 
#include <linux/of.h> 
#include <linux/of_address.h> 
#include <asm/mach/map.h> 
#include <asm/uaccess.h> 
#include <asm/io.h> #define DTSLED_CNT      1            /* 设备号个数   */ 
#define DTSLED_NAME      "dtsled"    /* 名字   */ 
#define LEDOFF          0            /* 关灯   */ 
#define LEDON           1            /* 开灯   */ /* 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; /* dtsled设备结构体 */ 
struct dtsled_dev { dev_t devid;            /* 设备号     */ struct cdev cdev;       /* cdev     */ struct class *class;    /* 类       */ struct device *device;  /* 设备     */ int major;              /* 主设备号  */ int minor;              /* 次设备号  */ struct device_node *nd; /* 设备节点  */ 
}; struct dtsled_dev dtsled;  /* led设备 */ /* * @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) 
{ filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */ 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 dtsled_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) 
{ u32 val = 0; int ret; u32 regdata[14]; const char *str; struct property *proper; /* 获取设备树中的属性数据 */ /* 1、获取设备节点：alphaled */ dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled"); if(dtsled.nd == NULL) { printk("alphaled node can not found!\r\n"); return -EINVAL; } else { printk("alphaled node has been found!\r\n"); } /* 2、获取compatible属性内容 */ proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL); if(proper == NULL) { printk("compatible property find failed\r\n"); } else { printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value); } /* 3、获取status属性内容 */ ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str); if(ret < 0){ printk("status read failed!\r\n"); } else { printk("status = %s\r\n",str); } /* 4、获取reg属性内容 */ ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10); if(ret < 0) { printk("reg property read failed!\r\n"); } else { u8 i = 0; printk("reg data:\r\n"); for(i = 0; i < 10; i++) printk("%#X ", regdata[i]); printk("\r\n"); } /* 初始化LED */ 
#if 0 /* 1、寄存器地址映射 */ IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]); SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]); SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]); GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]); GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]); 
#else 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); 
#endif /* 2、使能GPIO1时钟 */ val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1); val &= ~(3 << 26);  /* 清楚以前的设置 */ 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); /* 注册字符设备驱动 */ /* 1、创建设备号 */ if (dtsled.major) {        /*  定义了设备号 */ dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0); register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME); } else {                   /* 没有定义设备号 */ alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME); /* 申请设备号 */ dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */ dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */ } printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor); /* 2、初始化cdev */ dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE; cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops); /* 3、添加一个cdev */ cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 4、创建类 */ dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME); if (IS_ERR(dtsled.class)) { return PTR_ERR(dtsled.class); } /* 5、创建设备 */ dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME); if (IS_ERR(dtsled.device)) { return PTR_ERR(dtsled.device); } 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 */ cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除cdev */ unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT);/*注销设备号*/ device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid); class_destroy(dtsled.class); 
} module_init(led_init); 
module_exit(led_exit); 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai"); 

        dtsled.c文件中的内容和前面的的newchrled.c文件中的内容基本一样，只是dtsled.c中包含了处理设备树的代码，我们重点来看一下这部分代码。

        第46行，在设备结构体dtsled_dev中添加了成员变量nd，nd是device_node结构体类型指

针，表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值，首先要先得到这个节点，一般

在设备结构体中添加device_node指针变量来存放这个节点。

        第160~166行，通过of_find_node_by_path函数得到alphaled节点，后续其他的OF函数要

使用device_node。

        第169~174行，通过of_find_property函数获取alphaled节点的compatible属性，返回值为

property结构体类型指针变量，property的成员变量value表示属性值。

        第177~182行，通过of_property_read_string函数获取alphaled节点的status属性值。

        第185~194行，通过of_property_read_u32_array函数获取alphaled节点的reg属性所有值，

并且将获取到的值都存放到regdata数组中。第192行将获取到的reg属性值依次输出到终端

上。

        第199~203行，使用“古老”的ioremap函数完成内存映射，将获取到的regdata数组中的寄存器物理地址转换为虚拟地址。

        第205~209行，使用of_iomap函数一次性完成读取reg属性以及内存映射，of_iomap函数是设备树推荐使用的OF函数。

3.3 编写测试APP

        与前面一致。

4 运行测试

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文件和前面实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为dtsled.o，Makefile内容如下所示：

        输入如下命令编译出驱动模块文件：

        make -j32

        编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件。

2、编译测试APP

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

4.2 运行测试

        将上一小节编译出来的dtsled.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dtsled.ko驱动模块：

depmod   
//第一次加载驱动的时候需要运行此命令 
modprobe dtsled.ko   
//加载驱动 

        驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息

        从图可以看出，alpahled这个节点找到了，并且compatible属性值为“atkalpha-led”，

status属性值为“okay”，reg属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4

0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”，这些都和我们设置的设备树一致。

        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/dtsled 1  //打开LED灯 
./ledApp /dev/dtsled 0  //关闭LED灯