＜Linux开发＞驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的LED驱动
交叉编译环境搭建：
＜Linux开发＞ linux开发工具-之-交叉编译环境搭建
uboot移植可参考以下：
＜Linux开发＞ -之-系统移植 uboot移植过程详细记录（第一部分）
＜Linux开发＞ -之-系统移植 uboot移植过程详细记录（第二部分）
＜Linux开发＞ -之-系统移植 uboot移植过程详细记录（第三部分）(uboot移植完结)
Linux内核及设备树移植可参考以下：
＜Linux开发＞系统移植 -之- linux内核移植过程详细记录（第一部分）
＜Linux开发＞系统移植 -之- linux内核移植过程详细记录（第二部分完结）
Linux文件系统构建移植参考以下：
＜Linux开发＞系统移植 -之- linux构建BusyBox根文件系统及移植过程详细记录
＜Linux开发＞系统移植 -之-使用buildroot构建BusyBox根文件系统
Linux驱动开发参考以下：
＜Linux开发＞驱动开发 -之-pinctrl子系统
以下实验基于上述uboot和kernel系统移植，以及buildroot构建的BusyBox根文件系统。
一、前言
本文主要讲解基于pinctrl子系统和gpio子系统的前提下，编写LED驱动，并编写测试app测试led的控制。对于led来说，是比较常用的一种设备，不管是做系统运行指示灯，还是人机交互提示灯都是常备的功能。
二、新增led设备节点
参考-pinctrl子系统和gpio子系统的讲解，可以在设备树中添加如下内容；
pinctrl节点添加如下：
路径：arch/arm/boot/dts/imx6ull-water-emmc.dts
pinctrl_led: ledgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10B0
>;
};
可以看到pinctrl_led节点是在iomuxc节点下的。
gpio节点添加如下：
路径：arch/arm/boot/dts/imx6ull-water-emmc.dts
gpioled {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "water-gpioled";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};
新增gpioled 节点则是在/节点下的。
添加完上述两个节点后，重新编译设备树“make dtbs”,然后用新生成的dtb文件启动kernel，在设备的/sys/firmware/devicetree/base/目录下有如下：
新增Led节点完成，后面编写驱动和app来测试验证这个Led设备。
三、编写驱动
3.1 编写led驱动
在kernel本身就存在一些Led的驱动，我们自己的驱动也放到改目录下，这样有利于我们配置使用；
新建文件：drivers/leds/leds-water.c
在leds-water.c输入以下内容：
路径：drivers/leds/leds-water.c
/***************************************************************
Copyright © OneFu Co., Ltd. 2018-2023. All rights reserved.
文件名 : gpioled.c
作者 : water
版本 : V1.0
描述 : 采用 pinctrl 和 gpio 子系统驱动 LED 灯。
其他 : 无
日志 : 初版 V1.0 2023/05/24 water创建
***************************************************************/
#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 GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/* gpioled 设备结构体 */
struct gpioled_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 led_gpio; /* led 所使用的 GPIO 编号 */
};
struct gpioled_dev gpioled; /* led 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 = &gpioled; /* 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 gpioled_dev *dev = filp->private_data;
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) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开 LED 灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 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 gpioled_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 water_led_init(void)
{
int ret = 0;
/* 设置 LED 所使用的 GPIO */
/* 1、获取设备节点：gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
if(gpioled.nd == NULL) {
printk("gpioled node cant not found!\r\n");
return -EINVAL;
} else {
printk("gpioled node has been found!\r\n");
}
/* 2、 获取设备树中的 gpio 属性，得到 LED 所使用的 LED 编号 */
gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
if(gpioled.led_gpio < 0) {
printk("can't get led-gpio");
return -EINVAL;
}
printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
/* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出，并且输出高电平，默认关闭 LED 灯 */
ret = gpio_direction_output(gpioled.led_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 (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */
gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT,
GPIOLED_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT,
GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,
gpioled.minor);
/* 2、初始化 cdev */
gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
/* 3、添加一个 cdev */
cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
/* 4、创建类 */
gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.class)) {
return PTR_ERR(gpioled.class);
}
/* 5、创建设备 */
gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,
gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.device)) {
return PTR_ERR(gpioled.device);
}
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit water_led_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&gpioled.cdev); /* 删除 cdev */
unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销 */
device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
class_destroy(gpioled.class);
}
module_init(water_led_init);
module_exit(water_led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("water");
3.2 添加makefile编译项
在drivers/leds/leds-water.c同级目录下找到Makefile文件，添加一下内容：
路径：drivers/leds/Makefile
obj-$(CONFIG_LEDS_WATER) += leds-water.o
在62行前面的那些，就是一些其他平台的led驱动，这里我们用我们自己写的驱动，毕竟别人的驱动对应的硬件和我们的不一样。
3.3 添加menuconfig选项
在3.2节中，我们把驱动添加进Kernel了，那怎么样才能编译这个驱动呢？我们添加的Makefile内容中有CONFIG_LEDS_WATER 这个宏，只要这个宏为true那么就会编译leds-water.o所对于的leds-water.c文件了。
在Kconfig文件末尾添加如下内容：
路径：drivers/leds/Kconfig
config LEDS_WATER
tristate "LED support for water imax6ull board"
help
This option enables support for the imax water led.
添加完上述内容保存后，就可以通过“make menuconfig”来配置使用这个led驱动了。
3.4 使用menuconfig配置驱动
在kernel跟目录运行“make menuconfig”后，如下步骤配置；
(1) 选择 “Device Drivers —>”
(2) 选择 “LED Support —>”
(3) 选择 “LED Support for water imax6ull board —>”
选中之后按“Y”，在行前的尖括号里会出现*，表示编译进内核；然后用键盘左右键选择"Save",保存配置；保存的路径使用默认的路径，如下，然后OK即可。
配置完驱动编译，重新编译kernel，然后使用新的kernel启动。
四、编写测试led的app
在ubuntu下新建目录：/home/water/imax/soft/led，并新建文件led_water.c，然后输入一下内容：
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
* Copyright © onefu Co., Ltd. 2019-2021. All rights reserved.
* 文件名 : gpioledApp.c
* 作者 : water
* 版本 : V1.0
* 描述 : led 驱测试APP。
* 其他 : 使用方法：./gpioledApp /dev/led <1>|<2>
* argv[2] 0:关闭LED
* argv[2] 1:打开LED
* 日志 : 初版V1.0 2021/11/11 water创建
* ***************************************************************/
#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; //fd: 文件描述符 用以对文件操作 retvalue:存放函数操作后的返回值
char *filename; //filename：文件名，有主函数参数传入赋值
unsigned char databuf[1]; //定义的buf，用来读写数据用
if(argc != 3){ //判断主函数传入的函数的参数的个数
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1]; //获取第1个参数，存放的是文件的路径（即要操作的设备文件路径）
fd = open(filename,O_RDWR); /*打开驱动文件*/
if(fd < 0){
printf("Can't open file %s\r\n",filename); /*打开失败，输出提示*/
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf)); /*向设备驱动写入数据*/
if(retvalue < 0){
printf("LED Control Failed!\r\n",filename); /*写入错误输出提示*/
}
retvalue = close(fd); /*关闭文件*/
if(retvalue < 0){
printf("Can't close file %s\r\n",filename); /*关闭错误输出提示*/
return -1;
}
return 0;
}
//编译指令： arm-linux-gnueabihf-gcc gpioledApp.c -o gpioledApp
编译app:
arm-linux-gnueabihf-gcc gpioledApp.c -o gpioledApp
五、运行测试
将编译生成的led_water执行文件拷贝到文件系统的/root/water_soft/led_water/目录下：
在Securecrt终端运行如下命令：
cd /root/water_soft/led_water/
./led_water /dev/gpioled 1
运行之后，即可观看开发板led状态为开。
如果是./led_water /dev/gpioled 0则led为关。
作者实际现象是正常开关的，读者可以自行测试自己的开发板。
六、总结
我们结合pinctrl子系统和gpio子系统，完成了led的驱动开发，后面我们会接着开发beep蜂鸣器的驱动，其原理与led是一样的，都是通过控制gpio引脚输出高低电平来控制设备的。
先通过控制简单的led、beep等设备，熟悉掌握pinctrl子系统和gpio子系统，后面我们在深入开发比较复杂的驱动。
一步一脚印，法路自然成。
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