RK3568笔记三十五：LED驱动开发测试

news2024/11/15 11:12:07

若该文为原创文章，转载请注明原文出处。

字符设备驱动程序的基本框架，主要是如何申请及释放设备号、添加以及注销设备，初始化、添加与删除 cdev 结构体，并通过 cdev_init 函数建立 cdev 和 file_operations 之间的关联，cdev 结构体和 file_operations 结构体。

记录编写第一个真正的 Linux 字符设备驱动，点灯。

使用的开发板是正点原子的ATK-DLRK3568.

一、查看原理图

通过查看原理图，得知LED控制引脚接到了 GPIO0_C0上，通过三极管控制LED，GPIO0_C0输出高电平，LED亮，输出低电平，LED灭。

二、GPIO介绍

GPIO(General Purpose Input/Output Port)：通用输入输出端口。

除作为一般的输入/输出功能外，还可以配置为中断和模拟UART、CAN、PWM、I2C、SDMMC、CLK等功能。

比如 GPIO0_C0 这个 IO 就可以用 作：GPIO，PWM1_M0，GPU_AVS 和 UART0_RX 这四个功能，所以我们首先要设置好当前引 脚用作什么功能。

rk356x 系列对应的文档为:

• Rockchip_RK3568_TRM_Part1_xxx.pdf

• Rockchip_RK3566_Datasheet_xxx.pdf

• Rockchip_RK3568_Datasheet_xxx.pdf

1、GPIO分组

RK3568共160个GPIO引脚，复用型引脚分为 5 组 (GPIO0~4)，每组里面都有 32 个复 用型引脚，而且又分为 4 个小组 (A、B、C、D)，每个小组 8 个引脚 (0~7)。例如：GPIO0_C7 是 GPIO0 大组，第 3 个小组，第 8 个引脚。

要查找GPIO对应的配置寄存器地址，必须知道他属于哪个分组。

对于 LED 灯的控制进行控制，也就是对上述 GPIO 的寄存器进行读写操作。
可大致分为以下几个 步骤：
• 使能 GPIO 时钟 (默认开启，不用设置)
• 设置引脚复用为 GPIO(复位默认为 GPIO，不用配置)
• 设置引脚属性 (上下拉、速率、驱动能力, 默认)
• 控制 GPIO 引脚为输出，并输出高低电平
因为 GPIO 的时钟默认开启，引脚默认复用为 GPIO，我们只需要配置 GPIO 的引脚输入输出模式 及电平即可。

2、GPIO引脚号计算方法

pins = 32*bank_num + 8*group + x
bank_num : 0 ~ 4，对应GPIO 0~4
group    : 0 ~ 3，对应GPIO A~D
GPIO0_C0: 
GPIO0_C2 = 32*0(bank_num) + 8*2(group) + 0 = 16

根据计算GPIO0_C0序号为16。在后面驱动代码时会用到。

2、寄存器配置

这里以GPIO0_C0为例，查看Rockchip_RK3568_TRM_Part1手册可知，GPIO0 组复用功能是在 PMU_GRF 寄存器，实验中需要对 GPIO 进行配置，一般情况下需要对 GPIO 的复用寄存器，方向寄存器，数据寄存器进行配置, 和复用相关的总共 8 个寄存器。

1. 查找复用寄存器

搜索 GPIO0_C0,GPIO0_C0_sel 在 PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_H 上，偏移地址为 0x0010。GPIO0_C0可以通过控制[2:0]位来选择复用为哪个功能，我们要控制led 灯，所以功能要复用为 GPIO。

复用寄存器的基地址:

GPIO0_C0 设置为 GPIO，所以 PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L 的 bit2:0 这三位
设置 000。另外 bit18:16 要设置为 111，允许写 bit2:0。

2. 查找方向寄存器

通过设置 GPIO 寄存器设置输入输出、高低电平、中断、抖动等一些引脚的驱动能力，电
气属性等，主要通过设置 General Register Files (GRF)(以 GPIO0 组为例，详细自行参考
Rockchip_RK35xx_TRM_Part1 手册)：

• GPIO_SWPORT_DDR_L：低位引脚数据方向寄存器，控制输入或者输出。
• GPIO_SWPORT_DDR_H：高位引脚数据方向寄存器，控制输入或者输出。

通过寄存器描述，该寄存器有高 16bit 和低 16bit，高 16bit 控制低 16bit 的 写使能，低 16bit 控制 GPIO 的输出方向， 0：输入，1：输出。

GPIO0_C0属于 GPIO0 中 A-D 组总计 64 个引脚中的高 32 引脚范围，所以需要将 GPIO_SWPORT_DDR_H 寄存器的第 0bit 位和 16bit 位置 1，允许写 bit16。

GPIO0~GPIO4 的基地址：

GPIO_SWPORT_DDR_H 寄存器地址计算  ：

Operational Base + offset = 0xFDD60000 + 0x000C = 0xFDD6000C

3. GPIO 引脚高低电平设置

• GPIO_SWPORT_DR_L：低位引脚数据寄存器，设置高低电平。
• GPIO_SWPORT_DR_H：高位引脚数据寄存器，设置高低电平。

GPIO_SWPORT_DR_L 和 GPIO_SWPORT_DR_H 寄存器有高 16bit 和低 16bit，高 16bit 控制低 16bit 的写 使能，低 16bit 控制 GPIO 的高低电平。

GPIO0_C0属于 GPIO0 中 A-D 组总计 64 个引脚 中高的 32 引脚范围，所以需要将 GPIO_SWPORT_DR_H 寄存器的第0bit 位和 16bit 位置 1。

4. 总结

复用关系寄存器的基地址为 0xFDC20000 ，偏移地址为 0x0010 ，
所以要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDC20010 

GPIO 的基地址为 0xFDD60000，偏移地址为 0x000C，
所以方向寄存器要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDD6000C 

GPIO 的基地址为 0xFDD60000，偏移地址为 0x0004，
所以数据寄存器要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDD60004

 

三、驱动程序编写

1、编写led_cdev.c驱动文件

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>

#define DEV_NAME            "led_chrdev"
#define DEV_CNT                 (1)

#define GPIO0_BASE (0xfdd60000)

//每组GPIO,有2个寄存器,对应32个引脚，每个寄存器负责16个引脚；
//一个寄存器32位，其中高16位都是使能位，低16位对应16个引脚，每个引脚占用1比特位
#define GPIO0_DR_L (GPIO0_BASE + 0x0000)
#define GPIO0_DR_H (GPIO0_BASE + 0x0004)

#define GPIO0_DDR_L (GPIO0_BASE + 0x0008)
#define GPIO0_DDR_H (GPIO0_BASE + 0x000C)

static dev_t devno;
struct class *led_chrdev_class;

struct led_chrdev {
	struct cdev dev;
	unsigned int __iomem *va_dr; 	// 数据寄存器，设置输出的电压
	unsigned int __iomem *va_ddr; 	// 数据方向寄存器，设置输入或者输出

	unsigned int led_pin; // 偏移
};

/* 打开设备函数 */
static int led_chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{	
	unsigned int val = 0;
	struct led_chrdev *led_cdev = (struct led_chrdev *)container_of(inode->i_cdev, struct led_chrdev,dev);
	filp->private_data = container_of(inode->i_cdev, struct led_chrdev, dev);

	printk("open\n");
	//设置输出模式
	val = ioread32(led_cdev->va_ddr);
	val |= ((unsigned int)0x1 << (led_cdev->led_pin+16));
	val |= ((unsigned int)0X1 << (led_cdev->led_pin));
	iowrite32(val,led_cdev->va_ddr);
	
	//输出高电平
	val = ioread32(led_cdev->va_dr);
	val |= ((unsigned int)0x1 << (led_cdev->led_pin+16));
	val |= ((unsigned int)0x1 << (led_cdev->led_pin));
	iowrite32(val, led_cdev->va_dr);

	return 0;
}

static int led_chrdev_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

/* 从设备读取数据 */
static ssize_t led_chrdev_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{	
	printk("This is led_chrdev_read\r\n");
	
	return 0;
}

/* 向设备写入数据函数 */
static ssize_t led_chrdev_write(struct file *filp, const char __user * buf,
				size_t count, loff_t * ppos)
{
	unsigned long val = 0;
	char ret = 0;

	struct led_chrdev *led_cdev = (struct led_chrdev *)filp->private_data;
	printk("write \n");
	get_user(ret, buf);
	val = ioread32(led_cdev->va_dr);
	printk("val = %lx\n", val);
	if (ret == '0' || ret == 0){
		val |= ((unsigned int)0x1 << (led_cdev->led_pin+16));
		val &= ~((unsigned int)0x01 << (led_cdev->led_pin));   /*设置GPIO引脚输出低电平*/
	}
	else{
		val |= ((unsigned int)0x1 << (led_cdev->led_pin+16));
		val |= ((unsigned int)0x01 << (led_cdev->led_pin));    /*设置GPIO引脚输出高电平*/
	}
	iowrite32(val, led_cdev->va_dr);
	printk("val = %lx\n", val);
	return count;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations led_chrdev_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,          // 将 owner 字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
	.open = led_chrdev_open,       // 将 open 字段指向 chrdev_open(...)函数
	.read = led_chrdev_read,       // 将 open 字段指向 chrdev_read(...)函数
	.write = led_chrdev_write,     // 将 open 字段指向 chrdev_write(...)函数
    .release = led_chrdev_release, // 将 open 字段指向 chrdev_release(...)函数
};

static struct led_chrdev led_cdev[DEV_CNT] = {
	{.led_pin = 0}, 	//偏移，高16引脚,GPIO0_C0
};

/* 驱动入口函数 */
static __init int led_chrdev_init(void)
{
	int i = 0;
	dev_t cur_dev;

	printk("led_chrdev init (lubancat2  GPIO0_C7)\n");
	
	/*0 将物理地址转化为虚拟地址 */
	led_cdev[0].va_dr   = ioremap(GPIO0_DR_H, 4);	 //
	led_cdev[0].va_ddr  = ioremap(GPIO0_DDR_H, 4);	 // 

    /*1 创建设备号 */
	alloc_chrdev_region(&devno, 0, DEV_CNT, DEV_NAME);
	
    /*2 创建类 */
	led_chrdev_class = class_create(THIS_MODULE, "led_chrdev");

	for (; i < DEV_CNT; i++) {
		/*3 初始化 cdev */
		cdev_init(&led_cdev[i].dev, &led_chrdev_fops);
		led_cdev[i].dev.owner = THIS_MODULE;
        
		/*4 获取主设备号和次设备号 */
		cur_dev = MKDEV(MAJOR(devno), MINOR(devno) + i);
 
        /*5 添加一个 cdev,完成字符设备注册到内核 */
		cdev_add(&led_cdev[i].dev, cur_dev, 1);

        /*6 创建设备*/
		device_create(led_chrdev_class, NULL, cur_dev, NULL, DEV_NAME "%d", i);
	}

	return 0;
}


/* 驱动出口函数 */
static __exit void led_chrdev_exit(void)
{
	int i;
	dev_t cur_dev;
	printk("led chrdev exit (lubancat2  GPIO0_C7)\n");
	
	/*注销字符设备*/
	for (i = 0; i < DEV_CNT; i++) {
		iounmap(led_cdev[i].va_dr); 		// 释放模式寄存器虚拟地址
		iounmap(led_cdev[i].va_ddr); 	// 释放输出类型寄存器虚拟地址
	}

	for (i = 0; i < DEV_CNT; i++) {
		
		cur_dev = MKDEV(MAJOR(devno), MINOR(devno) + i);

        //删除设备
		device_destroy(led_chrdev_class, cur_dev);

        // 删除 cdev
		cdev_del(&led_cdev[i].dev);

	}
	

	// 注销设备号
	unregister_chrdev_region(devno, DEV_CNT);
	
	// 删除类
	class_destroy(led_chrdev_class);

}

module_init(led_chrdev_init);
module_exit(led_chrdev_exit);

MODULE_AUTHOR("yifeng");
MODULE_LICENSE("GPL");

总结：

模块加载

1、初始化 LED 灯结构体成员，将物理寄存器的地址映射到虚拟地址空间

2、向动态申请一个设备号

3、创建设备类

4、绑定 led_cdev 与 led_chrdev_fops

5、注册设备

6、创建设备

模块卸载

1、删除设备

2、注销设备

3、释放被占用的设备号

2、编写makefile

KERNELDIR := /home/alientek/rk3568_linux_sdk/kernel
ARCH=arm64
CROSS_COMPILE=/opt/atk-dlrk356x-toolchain/usr/bin/aarch64-buildroot-linux-gnu-

export  ARCH  CROSS_COMPILE

CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := led_cdev.o

build: kernel_modules

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

编译

3、编写APP应用

ledApp.c

#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

/*
 * @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;
}

编译

/opt/atk-dlrk356x-toolchain/bin/aarch64-buildroot-linux-gnu-gcc ledApp.c -o ledApp

4、测试

测试有两个，一是直接测试，二是使用APP应用程序测试。

在测试前需要关闭心跳灯 

echo none > /sys/class/leds/work/trigger

加载LED驱动：

insmod led_cdev.ko

测试方法一：

直接给设备写入 1/0 来控制 LED 的亮灭 
 sh -c 'echo 0 >/dev/led_chrdev0'
 sh -c 'echo 1 >/dev/led_chrdev0'

正点原子的LED是反的，所以1是亮，0是灭。

测试方法二：

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

经实验，LED驱动工作正常。

卸载驱动：

rmmod led_cdev

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