驱动开发，stm32mp157a开发板的led灯控制实验(再优化)，使用ioctl函数，通过字符设备驱动分步注册方式编写LED驱动，完成设备文件和设备的绑定

news2025/1/16 8:04:30

 1.实验目的

        编写LED灯的驱动，在应用程序中编写控制LED灯亮灭的代码逻辑实现LED灯功能的控制；

 

 2. LED灯相关寄存器分析

 

LED1->PE10 LED1亮灭：

RCC寄存器[4]->1 0X50000A28

GPIOE_MODER[21:20]->01 (输出) 0X50006000

GPIOE_ODR[10]->1(输出高电平) 0（输出低电平）0X50006014

LED2->PF10 LED2亮灭：

RCC寄存器[5]->1 0X50000A28

GPIOE_MODER[21:20]->01 (输出) 0X50006000

GPIOE_ODR[10]->1(输出高电平) 0（输出低电平）0X50006014

LED3->PE8 LED3亮灭：

RCC寄存器[4]->1 0X50000A28

GPIOE_MODER[17:16]->01 (输出) 0X50006000

GPIOE_ODR[8]->1(输出高电平) 0（输出低电平）0X50006014

GPIOE_OTYPER默认为00

GPIOE_PUPDR默认为0

GPIOE_OSPEEDR默认为00

 

 3.字符设备驱动内部注册过程 

  • 分配struct cdev对象空间
  • 初始化struct cdev对象
  • 设备号的申请（静态/动态申请）

  • 注册cdev对象

 

 4.编写代码

---Makefile---工程管理文件

modname?=demo
arch?=arm
ifeq ($(arch),arm)
KERNELDIR:= /home/ubuntu/FSMP1A/linux-stm32mp-5.10.61-stm32mp-r2-r0/linux-5.10.61 #编译生成ARM架构
else
KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build #编译生成X86架构
endif

PWD:=$(shell pwd) #模块化编译文件路径
all:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean

obj-m:=$(modname).o

---head.h---头文件

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__

typedef struct
{
    unsigned int MODER;
    unsigned int OTYPER;
    unsigned int OSPEEDR;
    unsigned int PUPDR;
    unsigned int IDR;
    unsigned int ODR;   
}gpio_t;

//LED1和LED3寄存器地址
#define LED1_ADDR 0x50006000
#define LED2_ADDR 0x50007000
#define LED3_ADDR 0x50006000
#define RCC_ADDR 0x50000A28

//构建LED开关功能码,不添加ioctl第三个参数
#define LED_ON _IO('l',1)
#define LED_OFF _IO('l',0)


#endif

---cdev.c---驱动程序

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>
#include "head.h"
#include <linux/io.h>

struct cdev *cdev = NULL;
unsigned major = 0;
unsigned minor = 0;
module_param(major, uint, 0664); // 方便再命令行传递major的值
dev_t devno;
struct class *cls;
struct device *dev;
char kbuf[128] = {0};
gpio_t *vir_led1;
gpio_t *vir_led2;
gpio_t *vir_led3;
unsigned int *vir_rcc;

// 封装操作方法
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    // 设备文件和设备的绑定
    // 根据打开的文件对应的设备号获取 次设备号
    int min = MINOR(inode->i_rdev);
    file->private_data = (void *)min;

    printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    return 0;
}

long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    int min = (int)file->private_data;
    switch (min)
    {
    case 0: // 控制LED1
        switch (cmd)
        {
        case LED_ON: // 开灯
            vir_led1->ODR |= (0x1 << 10);
            break;
        case LED_OFF: // 关灯
            vir_led1->ODR &= (~(0x1 << 10));
            break;
        }
        break;

    case 2: // 控制LED2
        switch (cmd)
        {
        case LED_ON: // 开灯
            vir_led2->ODR |= (0x1 << 10);
            break;
        case LED_OFF: // 关灯
            vir_led2->ODR &= (~(0x1 << 10));
            break;
        }
        break;

    case 3: // 控制LED3
        switch (cmd)
        {
        case LED_ON: // 开灯
            vir_led3->ODR |= (0x1 << 8);
            break;
        case LED_OFF: // 关灯
            vir_led3->ODR &= (~(0x1 << 8));
            break;
        }
        break;
    }

    return 0;
}

int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    return 0;
}

struct file_operations fops = {
    .open = mycdev_open,
    .unlocked_ioctl = mycdev_ioctl,
    .release = mycdev_close,
};

// 相关寄存器地址映射及初始化
int all_led_init(void)
{
    // 相关寄存器的内存映射
    vir_led1 = ioremap(LED1_ADDR, sizeof(gpio_t));
    if (vir_led1 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射失败%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }

    vir_led2 = ioremap(LED2_ADDR, sizeof(gpio_t));
    if (vir_led2 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射失败%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }

    vir_led3 = vir_led1;

    vir_rcc = ioremap(RCC_ADDR, 4);
    if (vir_rcc == NULL)
    {
        printk("物理内存映射失败%d\n", __LINE__);
        return -ENOMEM;
    }
    printk("寄存器内存映射成功\n");

    // 硬件寄存器的初始化
    (*vir_rcc) |= (0x3 << 4);

    // LED1
    vir_led1->MODER &= (~(0x3 << 20));
    vir_led1->MODER |= (0x1 << 20);
    vir_led1->ODR &= (~(0x1 << 10));

    // LED2
    vir_led2->MODER &= (~(0x3 << 20));
    vir_led2->MODER |= (0x1 << 20);
    vir_led2->ODR &= (~(0x1 << 10));

    // LED3
    vir_led3->MODER &= (~(0x3 << 16));
    vir_led3->MODER |= (0x1 << 16);
    vir_led3->ODR &= (~(0x1 << 8));

    printk("寄存器初始化成功\n");
    return 0;
}


static int __init mycdev_init(void)
{
    int ret;
    // 分配字符设备驱动对象空间
    cdev = cdev_alloc();
    if (cdev == NULL)
    {
        printk("字符设备驱动对象申请空间失败\n");
        ret = -EFAULT;
        goto out1;
    }
    printk("字符设备驱动对象申请空间成功\n");

    // 字符设备驱动对象初始化
    cdev_init(cdev, &fops);

    // 设备号的申请
    if (major > 0) // 静态指定设备号
    {
        ret = register_chrdev_region(MKDEV(major, minor), 3, "myled");
        if (ret)
        {
            printk("静态申请设备号失败\n");
            goto out2;
        }
    }
    else if (major == 0) 动态申请设备号
    {
        ret = alloc_chrdev_region(&devno, minor, 3, "myled");
        if (ret)
        {
            printk("静态申请设备号失败\n");
            goto out2;
        }
        major = MAJOR(devno);
        minor = MINOR(devno);
    }
    printk("申请设备号成功\n");

    // 注册字符设备驱动对象
    ret = cdev_add(cdev, MKDEV(major, minor), 3);
    if (ret)
    {
        printk("注册字符设备驱动对象失败\n");
        goto out3;
    }
    printk("注册字符设备驱动对象成功\n");

     相关寄存器地址映射及初始化
    all_led_init();

    // 向上提交目录信息
    cls = class_create(THIS_MODULE, "myled");
    if (IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录信息失败\n");
        ret = -PTR_ERR(cls);
        goto out4;
    }
    printk("向上提交目录信息成功\n");

    // 向上提交设备节点信息
    int i;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        dev = device_create(cls, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "myled%d", i);
        if (IS_ERR(dev))
        {
            printk("向上提交设备节点信息失败\n");
            ret = -PTR_ERR(dev);
            goto out5;
        }
    }
    printk("向上提交设备节点信息成功\n");

    return 0;
out5:
    // 释放前一次提交的设备信息
    for (--i; i >= 0; i--)
    {
        device_destroy(cls, MKDEV(major, i));
    }
    class_destroy(cls); // 释放目录信息
out4:
    cdev_del(cdev);
out3:
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major, minor), 3);
out2:
    kfree(cdev);
out1:
    return ret;
}

static void __exit mycdev_exit(void)
{
    // 释放节点信息
    int i;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        device_destroy(cls, MKDEV(major, i));
    }
    // 销毁目录
    class_destroy(cls);
    // 注销驱动对象
    cdev_del(cdev);
    // 释放申请的设备号和设备资源
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major, minor), 3);
    // 释放字符设备驱动对象空间
    kfree(cdev);

    // 取消物理内存的映射
    iounmap(vir_led1);
    iounmap(vir_led2);
    iounmap(vir_rcc);
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

---test.c---应用程序测试程序

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "head.h"
#include <sys/ioctl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int a;
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/myled0", O_RDWR);

    if (fd < 0)
    {
        printf("设备文件打开失败\n");
        exit(-1);
    }
    while (1)
    {
        printf("请输入对LED灯的控制：1(开灯) 0(关灯)>> ");
        scanf("%d",&a);
        getchar();

        switch (a)
        {
        case 1:
            ioctl(fd, LED_ON); // 第三个参数为指针
            break;
        case 0:
            ioctl(fd, LED_OFF);
            break;
        }
    }

    close(fd);

    return 0;
}

 

5.测试现象

         int fd = open("/dev/myled0", O_RDWR);

        测试程序中只打开一个设备文件，对应LED1的次设备号，所以只控制LED1灯的亮灭

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