在网站底部给网站地图做链接,珠海品牌网站建设,创意产品设计及介绍,上海外贸仓库目录Linux 下LED 灯驱动原理地址映射(ioremap映射、iounmap释放)I/O 内存访问函数硬件原理图分析实验程序编写LED 灯驱动程序编写APP测试程序编写运行测试编译驱动程序和测试APP拷贝led.ko 和ledApp到指定目录加载led.ko 驱动模块到内核创建应用层“/dev/led”设备节点运行测试…
目录Linux 下LED 灯驱动原理地址映射(ioremap映射、iounmap释放)I/O 内存访问函数硬件原理图分析实验程序编写LED 灯驱动程序编写APP测试程序编写运行测试编译驱动程序和测试APP拷贝led.ko 和ledApp到指定目录加载led.ko 驱动模块到内核创建应用层“/dev/led”设备节点运行测试其他网络问题解决方法上一章我们详细的讲解了字符设备驱动开发步骤并且用一个虚拟的chrdevbase 设备为例完成了第一个字符设备驱动开发。本章我们就开始编写第一个真正的Linux 字符设备驱动。在I.MX6U-ALPHA 开发板上有一个LED 灯我们在裸机篇中已经编写过此LED 灯的裸机驱动。
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。
地址映射(ioremap映射、iounmap释放)
在编写驱动之前我们需要先简单了解一下MMUMMU 全称叫做Memory Manage Unit(内存管理单元)。在老版本的Linux 中要求处理器必须有MMU但是现在新版Linux 内核已经支持无MMU 的处理器了(STM32可以跑linux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。
重点关注第①点也就是虚拟空间到物理空间的映射。首先了解两个地址概念虚拟地址(VA,Virtual Address)、物理地址(PAPhyscical Address)。对于32 位的处理器来说虚拟地址范围是2^324GB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 的虚拟空间如图41.1.1 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这里我们不去深究MMU是很复杂的一个东西。
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。
1、ioremap 函数
ioremap 函数用于获取指定物理地址空间映射的虚拟地址空间定义在 arch/arm/include/asm/io.h 文件中定义如下
1 #define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)
2
3 void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype)
4 {
5 return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype,
__builtin_return_address(0));
6 }ioremap 是个宏有两个参数cookie 和size真正起作用的是函数__arm_ioremap此函数有三个参数和一个返回值这些参数和返回值的含义如下
phys_addr要映射给的物理起始地址。 size要映射的内存空间大小。 mtypeioremap 的类型可以选择MT_DEVICE、MT_DEVICE_NONSHARED、 MT_DEVICE_CACHED 和MT_DEVICE_WCioremap 函数选择MT_DEVICE。
返回值__iomem 类型的指针指向映射后的虚拟空间首地址。
假如我们要获取I.MX6ULL 的IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器对应的虚拟地址使用如下代码即可
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
static void __iomem* SW_MUX_GPIO1_IO03;
SW_MUX_GPIO1_IO03 ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);宏SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE 是寄存器物理地址SW_MUX_GPIO1_IO03 是映射后的虚拟地址。对于I.MX6ULL 来说一个寄存器是4 字节(32 位)的因此映射的内存长度为4。映射完成以后直接对SW_MUX_GPIO1_IO03 进行读写操作即可。
2、iounmap 函数
卸载驱动的时候需要使用iounmap 函数释放掉ioremap 函数所做的映射iounmap 函数原型如下
void iounmap (volatile void __iomem *addr)iounmap 只有一个参数addr此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。假如我们现在要取消掉IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 寄存器的地址映射使用如下代码即可
iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);I/O 内存访问函数
当外部寄存器或内存映射到虚拟内存空间时称为I/O 内存。但是对于ARM 来说没有I/O 空间这个概念因此ARM 体系下只有I/O 内存(可以直接理解为内存)。使用ioremap 函数将寄存器的物理地址映射到虚拟地址以后我们就可以直接通过指针访问这些地址但是Linux 内核不建议这么做而是推荐使用一组操作函数来对映射后的内存进行读写操作。
1、读操作函数 读操作函数有如下几个
1 u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
2 u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
3 u32 readl(const volatile void __iomem *addr)readb、readw 和readl 这三个函数分别对应8bit、16bit 和32bit 读操作参数addr 就是要读取写内存地址返回值就是读取到的数据。
2、写操作函数
写操作函数有如下几个
1 void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
2 void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
3 void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)writeb、writew 和writel 这三个函数分别对应8bit、16bit 和32bit 写操作参数value 是要写入的数值addr 是要写入的地址。
硬件原理图分析
本章实验硬件原理图参考8.3 小节即可。
实验程序编写
本实验对应的例程路径为开发板光盘- 2、Linux 驱动例程- 2_led。 本章实验编写Linux 下的LED 灯驱动可以通过应用程序对I.MX6U-ALPHA 开发板上的LED 灯进行开关操作。
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/uaccess.h
#include asm/io.h
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : led.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : LED驱动文件。
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/
#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;/** description : LED打开/关闭* param - sta : LEDON(0) 打开LEDLEDOFF(1) 关闭LED* return : 无*/
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);}
}/** 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)
{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;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); /* 打开LED灯 */} else if(ledstat LEDOFF) {led_switch(LEDOFF); /* 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 led_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 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);//时钟寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03 ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);//复用寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03 ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);//电气属性寄存器GPIO1_DR ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);//方向GPIO1_GDIR ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);//高低电平/* 2、使能GPIO1时钟 */ //前面裸机的时候所有时钟CCM_CCGR1~6都打开了这里就不用了val readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val ~(3 26); /* 清除以前的设置 */val | (3 26); /* 设置新值 */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IO属性*bit 16:0 HYS关闭*bit [15:14]: 00 默认下拉*bit [13]: 0 kepper功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能*bit [11]: 0 关闭开路输出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力*bit [0]: 0 低转换率*/writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置GPIO1_IO03为输出功能 */val readl(GPIO1_GDIR);val ~(1 3); /* 清除以前的设置 */val | (1 3); /* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭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;
}/** description : 驱动出口函数* param : 无* return : 无*/
static void __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);/* 注销字符设备驱动 */unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE(GPL);
MODULE_AUTHOR(zuozhongkai);第22~26 行定义了一些宏包括主设备号、设备名字、LED 开/关宏。 第29~33 行本实验要用到的寄存器宏定义。 第36~40 行经过内存映射以后的寄存器地址指针。 第47~59 行led_switch 函数用于控制开发板上的LED 灯亮灭当参数sta 为LEDON(1)的时候打开LED 灯sta 为LEDOFF(0)的时候关闭LED 灯。
第68~71 行led_open 函数为空函数可以自行在此函数中添加相关内容一般在此函数中将设备结构体作为参数filp 的私有数据(filp-private_data)。 第81~84 行led_read 函数为空函数如果想在应用程序中读取LED 的状态那么就可以在此函数中添加相应的代码比如读取GPIO1_DR 寄存器的值然后返回给应用程序。 第94~114 行led_write 函数实现对LED 灯的开关操作当应用程序调用write 函数向led 设备写数据的时候此函数就会执行。首先通过函数copy_from_user 获取应用程序发送过来的操作信息(打开还是关闭LED)最后根据应用程序的操作信息来打开或关闭LED 灯。 第121~124 行led_release 函数为空函数可以自行在此函数中添加相关内容一般关闭设备的时候会释放掉led_open 函数中添加的私有数据。 第127~133 行设备文件操作结构体led_fops 的定义和初始化。 第140~185 行驱动入口函数led_init此函数实现了LED 的初始化工作147~151 行通过ioremap 函数获取物理寄存器地址映射后的虚拟地址得到寄存器对应的虚拟地址以后就可以完成相关初始化工作了。比如使能GPIO1 时钟、设置GPIO1_IO03 复用功能、配置GPIO1_IO03的属性等等。最后最重要的一步使用register_chrdev 函数注册led 这个字符设备。 第192~202 行驱动出口函数led_exit首先使用函数iounmap 取消内存映射最后使用函数unregister_chrdev 注销led 这个字符设备。 第205~206 行使用module_init 和module_exit 这两个函数指定led 设备驱动加载和卸载函数。 第207~208 行添加LICENSE 和作者信息。
APP测试程序编写
编写测试APPled 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
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : ledApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : chrdevbase驱测试APP。
其他 : 无
使用方法 ./ledtest /dev/led 0 关闭LED./ledtest /dev/led 1 打开LED
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/#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;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;
}ledApp.c 的内容还是很简单的就是对led 的驱动文件进行最基本的打开、关闭、写操作等。
运行测试
编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序 编写Makefile 文件本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样只是将obj-m 变量的值改为led.oMakefile 内容如下所示
KERNELDIR : /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH : $(shell pwd)obj-m : led.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean第4 行设置obj-m 变量的值为led.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件
make -j32编译成功以后就会生成一个名为“led.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP输入如下命令编译测试ledApp.c 这个测试程序
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp编译成功以后就会生成ledApp 这个应用程序。 注意如果大家使用的正点原子出厂系统来做本实验那么会发现LED 灯会一直闪烁。这是因为正点原子出厂系统默认将LED 灯作为了心跳灯因此系统启动以后LED 灯就会自动闪烁这样会影响大家做实验。如果是完全按照本教程自行移植的内核和根文件系统那么就不会遇到此问题。如果直接使用出厂系统来做实验我们需要关闭LED 灯的心跳功能关闭方法参考《【正点原子】I.MX6U 用户快速体验》第3.1 小节或者输入如下命令即可 echo none /sys/class/leds/sys-led/trigger // 改变LED 的触发模式拷贝led.ko 和ledApp到指定目录
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【视频里使用nfs文件夹网络挂载】
加载led.ko 驱动模块到内核
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
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe led.ko //加载驱动创建应用层“/dev/led”设备节点
驱动加载成功以后创建“/dev/led”设备节点命令如下
mknod /dev/led c 200 0运行测试
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
./ledApp /dev/led 1 //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
./ledApp /dev/led 0 //关闭LED 灯输入上述命令以后观察I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色LED 灯是否熄灭如果熄灭的话说明我们编写的LED 驱动工作完全正常至此我们成功编写了第一个真正的Linux 驱动设备程序。
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可
rmmod led.ko其他网络问题解决方法
