13 Linux 蜂鸣器

news2024/11/28 4:47:26

一、蜂鸣器驱动原理

  常用蜂鸣器分两种，有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

  它们俩的区别：有源蜂鸣器具有内置的振荡器和驱动电路，无源蜂鸣器没有；源蜂鸣器只需简单的数字信号来控制，无源蜂鸣器需要外部电路或微控制器来提供特定频率的脉冲信号。

  在 Linux 下做的工作：①设备树中添加蜂鸣器节点，在蜂鸣器节点中加入 GPIO 信息；②编写驱动程序和测试 APP。

二、硬件原理图分析

  通过一个 PNP 型的三极管 8550 来驱动蜂鸣器，通过 PC7 这个 IO 来控制三极管 Q1 的导通，当 BEEP 输出低电平的时候 Q1 导通，相当于蜂鸣器的正极连接到 3.3V 电源， 蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当 BEEP 输出高电平的时候 Q1 不导通，那么蜂鸣器就没有形成一个通路，因此蜂鸣器也就不会鸣叫。 

三、实验程序编写

1. 修改设备树文件

  在根节点 "/" 创建 BEEP 节点：

beep {
		compatible = "alientek,beep";
		status = "okay";
		beep-gpio = <&gpioc 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;    // 这里的GPIO_ACTIVE_HIGH也可以改为GPIO_ACTIVE_LOW 最终实验没有影响
};                                                  // 这里的GPIO_ACTIVE_HIGH指引脚设置为高电平

make dtbs    // 编译

  之后用编译后的 stm32mp157d-atk.dtb 文件启动 Linux 系统，进入 /proc/device-tree/ 目录查看 beep 节点是否存在：

2. 蜂鸣器驱动程序编写 

  进入 /linux/atk-mpl/Drivers/6_beep 该目录下，创建 Vscode 工作区和 beep.c 文件：

#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 BEEP_CNT			1		/* 设备号个数 */
#define BEEP_NAME			"beep"	/* 名字 */
#define BEEPOFF 			0		/* 关蜂鸣器 */
#define BEEPON 				1		/* 开蜂鸣器 */

/* beep设备结构体 */
struct beep_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 */
	int beep_gpio;			/* beep所使用的GPIO编号		*/
};

struct beep_dev beep;	/* beep设备 */

/*
 * @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 = &beep; /* 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;
	struct beep_dev *dev = filp->private_data;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); /* 接收APP发送过来的数据 */
	if(retvalue < 0) {
		printk("kernel write failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */

	if(ledstat == BEEPON) {	
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0);	/* 打开蜂鸣器 */
	} else if(ledstat == BEEPOFF) {
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1);	/* 关闭蜂鸣器 */
	}
	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 beep_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
	.release = 	led_release,
};

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init led_init(void)
{
	int ret = 0;
	const char *str;

	/* 设置LED所使用的GPIO */
	/* 1、获取设备节点：beep */
	beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
	if(beep.nd == NULL) {
		printk("beep node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	}

	/* 2.读取status属性 */
	ret = of_property_read_string(beep.nd, "status", &str);
	if(ret < 0) 
	    return -EINVAL;

	if (strcmp(str, "okay"))
        return -EINVAL;
    
	/* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
	ret = of_property_read_string(beep.nd, "compatible", &str);
	if(ret < 0) {
		printk("beep: Failed to get compatible property\n");
		return -EINVAL;
	}

    if (strcmp(str, "alientek,beep")) {
        printk("beep: Compatible match failed\n");
        return -EINVAL;
    }

	/* 4、 获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的LED编号 */
	beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd, "beep-gpio", 0);
	if(beep.beep_gpio < 0) {
		printk("can't get led-gpio");
		return -EINVAL;
	}
	printk("beep-gpio num = %d\r\n", beep.beep_gpio);

	/* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
	ret = gpio_request(beep.beep_gpio, "BEEP-GPIO");
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "beep: Failed to request beep-gpio\n");
        return ret;
	}

	/* 6、设置PC7为输出，并且输出高电平，默认关闭BEEP */
	ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio, 1);
	if(ret < 0) {
		printk("can't set gpio!\r\n");
	}

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (beep.major) {		/*  定义了设备号 */
		beep.devid = MKDEV(beep.major, 0);
		ret = register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
		if(ret < 0) {
			pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n", BEEP_NAME, BEEP_CNT);
			goto free_gpio;
		}
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		ret = alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT, BEEP_NAME);	/* 申请设备号 */
		if(ret < 0) {
			pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", BEEP_NAME, ret);
			goto free_gpio;
		}
		beep.major = MAJOR(beep.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		beep.minor = MINOR(beep.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	printk("beep major=%d,minor=%d\r\n",beep.major, beep.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	beep.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&beep.cdev, &beep_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);
	if(ret < 0)
		goto del_unregister;
		
	/* 4、创建类 */
	beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
	if (IS_ERR(beep.class)) {
		goto del_cdev;
	}

	/* 5、创建设备 */
	beep.device = device_create(beep.class, NULL, beep.devid, NULL, BEEP_NAME);
	if (IS_ERR(beep.device)) {
		goto destroy_class;
	}
	return 0;
	
destroy_class:
	class_destroy(beep.class);
del_cdev:
	cdev_del(&beep.cdev);
del_unregister:
	unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT);
free_gpio:
	gpio_free(beep.beep_gpio);
	return -EIO;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit led_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&beep.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 注销设备号 */
	device_destroy(beep.class, beep.devid);/* 注销设备 */
	class_destroy(beep.class);/* 注销类 */
	gpio_free(beep.beep_gpio); /* 释放GPIO */
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
MODULE_INFO(intree, "Y");

3. 编写测试APP

  创建新的 beepApp.c 文件：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

#define BEEPOFF 	0
#define BEEPON 	    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beep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/beep文件写入数据 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("BEEP 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;
}

四、运行测试

  首先编写 Makefile 文件：

KERNELDIR := /home/alientek/linux/atk-mpl/linux/my_linux/linux-5.4.31	# Linux内核源码路径
CURRENT_PATH := $(shell pwd)		# 获取当前所处路径
obj-m := beep.o		

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

  之后编译驱动文件和测试 App。

make
arm-none-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp

  把编译后的 beepApp 和 beep.ko 放在 /linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ 目录下

sudo cp beepApp beep.ko /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ -f

   进入 lib/modules/5.4.31/ 该目录下，输入以下命令

depmod             # 第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe beep      # 加载驱动

  这里我出现了一个问题：

，匹配不了，无效。最终的原因是

多了一个空格，一定一定不要多那一个空格，要不然就会出现这种情况。这是成功后的

。这玩意找了我一下午，真是服了。

  输入以下命令：

./beepApp /dev/beep 1        # 开启蜂鸣器
./beepApp /dev/beep 0        # 关闭蜂鸣器

# 最后卸载驱动
rmmod beep.ko

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