Linux驱动开发学习笔记2《LED驱动开发试验》

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 ledApp

2.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：