IMX6ULL开发平台Linux-LED实验
在前面的章节中，我们学习了解了字符设备驱动，以及如何在设备树文件中添加设备信息，接下来就来看一下i.MX6UL终结者开发板的实际硬件是如何添加的。我们先以最简单的LED设备来看一下具体的注册流程。
36.1 LED设备注册流程
在i.MX6UL终结者开发板上有一个LED设备，如果想要通过Linux系统/dev目录下的设备节点来控制LED，就需要在内核中添加LED的驱动，具体的流程可以分为下面几个步骤：
① 硬件原理图分析，确定控制LED的GPIO信息。
② 根据GPIO信息在设备树文件中添加pinctrl信息
③ 在设备树中创建LED的设备节点，并加入GPIO信息
④ 编写LED设备驱动程序
接下来根据上面这四步来添加一下LED的设备驱动。
36.2 LED硬件原理图分析
LED设备的硬件原理图如下所示：
LED设备的原理图很简单，LED一端接3.3V电源，另一端为控制引脚：GPIO_3，通过控制GPIO_3的高低电平来控制LED的亮灭。所以我们确认LED设备只使用了一个控制引脚：GPIO_3。
36.3 修改设备树文件
在引脚原理图分析中确认了LED的控制GPIO信息，接下来就要修改设备树文件。
36.3.1 添加pinctrl信息
在i.MX6UL终结者开发板中使用GPIO_3这个引脚来控制LED设备。打开topeet_emmc_4_3.dts文件在iomux节点的imx6ul-evk子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点，具体内容如下：
&iomuxc {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
imx6ul-evk {
pinctrl_led: gpio-led {
fsl,pins = ;
};
}
};
在pinctrl_gpio_leds节点中将GPIO_3引脚的复用功能定义为GPIO1_IO03，即为一个普通的输入输出引脚。宏定义MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03定义在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h目录下。
36.3.2 添加LED设备节点
在topeet_emmc_4_3.dts文件下，在根节点“/”下创建LED节点，节点名为“gpioled”，具体内容如下：
1 gpioled {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <1>;
4 compatible = "gpioled";
5 pinctrl-names = "default";
6 pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
7 led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
8 status = "okay";
9 };
第6行，pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的GPIO对应的 pinctrl 节点。
第7行，led-gpio属性指定了LED使用的GPIO为GPIO1的IO3引脚，低电平有效，在驱动程序中会获取led-gpio属性的内容来得到GPIO编号，因为gpio子系统的操作控制函数需要GPIO编号。
添加完LED的设备节点后，还有一个重要的步骤，就是检查GPIO引脚有没有被其他设备使用。一个引脚只能配置成一个功能，如果有其他设备也使用了这个GPIO，那么会导致在LED驱动程序中GPIO初始化失败。这一点非常重要。
检查GPIO引脚有没有被其他设备使用包括两个方面：
① 检查pinctrl设置
② 检查这个GPIO有没有被别的设备使用
LED设备使用的是GPIO1_IO03，首先检查GPIO1_IO03这个引脚有没有其他pinctrl节点的设置。在topeet_emmc_4_3.dts文件中找到了如下内容：
pinctrl_tsc: tscgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO01__GPIO1_IO01 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04 0xb0
>;
};
GPIO1_IO03引脚也在pinctrl_tsc节点中定义了，pinctrl_tsc 节点是 TSC(电阻触摸屏接口)的 pinctrl 节点，而在i.MX6UL终结者开发板中并没有用到这个接口，因此我们要将pinctrl_tsc节点下的GPIO1_IO03引脚的定义注释掉。和 C 语言一样，在要屏蔽的内容前后加上“/*”和“*/”符号即可。
既然有其他设备配置了GPIO1_IO03引脚的pinctrl信息，应该会有使用使用这个pinctrl节点的设备节点，在topeet_emmc_4_3.dts文件中查找一下pinctrl_tsc或者直接查找“gpio1 3”，查找内容如下：
1 &tsc {
2 pinctrl-names = "default";
3 pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc>;
4 xnur-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
5 measure-delay-time = <0xffff>;
6 pre-charge-time = <0xfff>;
7 status = "disabled";
8 };
可以看出第4行xnur-gpio属性使用了“gpio1 3”，同意需要把这一行也注释掉。然后继续按照上面步骤搜索，看看还有没有其他设备使用了GPIO1_IO03引脚。
设备树编写完成以后使用“make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的 topeet_emmc_4_3.dtb 文件启动 Linux 系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“gpioled”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体作用还要驱动验证)，结果如下图所示：
请继续：IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(二)
上部分内容IMX6ULL开发平台Linux-LED实验(一)36.4 编写LED驱动程序
本实验例程路径：i.MX6UL终结者光盘资料/06_Linux驱动例程/02_gpioled
在设备树文件中添加完LED设备信息后，就可以编写LED的驱动程序了，创建gpioled.c文件，具体驱动内容如下所示：
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10 #include
11 #include
12 #include
13 #include
14 #include
15 #include
16 #include
17
18 #define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
19 #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
20 #define LEDOFF 0 /* 关灯 */
21 #define LEDON 1 /* 开灯 */
22
23 /* gpioled 设备结构体 */
24 struct gpioled_dev{
25 dev_t devid; /* 设备号 */
26 struct cdev cdev; /* cdev */
27 struct class *class; /* 类 */
28 struct device *device; /* 设备 */
29 int major; /* 主设备号 */
30 int minor; /* 次设备号 */
31 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
32 int led_gpio; /* led 所使用的 GPIO 编号 */
33 };
34
35 struct gpioled_dev gpioled; /* led 设备 */
36
37 /*
38 * @description : 打开设备
39 * @param – inode : 传递给驱动的 inode
40 * @param – filp : 设备文件，file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量
41 * 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。
42 * @return : 0 成功;其他 失败
43 */
44 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
45 {
46 filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
47 return 0;
48 }
49
50 /*
51 * @description : 从设备读取数据
52 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
53 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
54 * @param - cnt : 要读取的数据长度
55 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
56 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
57 */
58 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
59 size_t cnt, loff_t *offt)
60 {
61 return 0;
62 }
63
64 /*
65 * @description : 向设备写数据
66 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
67 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
68 * @param - cnt : 要写入的数据长度
69 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
70 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
71 */
72 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
73 size_t cnt, loff_t *offt)
74 {
75 int retvalue;
76 unsigned char databuf[1];
77 unsigned char ledstat;
78 struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
79
80 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
81 if(retvalue < 0) {
82 printk("kernel write failed!\r\n");
83 return -EFAULT;
84 }
85
86 ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
87
88 if(ledstat == LEDON) {
89 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开 LED 灯 */
90 } else if(ledstat == LEDOFF) {
91 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭 LED 灯 */
92 }
93 return 0;
94 }
95
96 /*
97 * @description : 关闭/释放设备
98 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
99 * @return : 0 成功;其他 失败
100 */
101 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
102 {
103 return 0;
104 }
105
106 /* 设备操作函数 */
107 static struct file_operations gpioled_fops = {
108 .owner = THIS_MODULE,
109 .open = led_open,
110 .read = led_read,
111 .write = led_write,
112 .release = led_release,
113 };
114
115 /*
116 * @description : 驱动入口函数
117 * @param : 无
118 * @return : 无
119 */
120 static int __init led_init(void)
121 {
122 int ret = 0;
123
124 /* 设置 LED 所使用的 GPIO */
125 /* 1、获取设备节点：gpioled */
126 gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
127 if(gpioled.nd == NULL) {
128 printk("gpioled node cant not found!\r\n");
129 return -EINVAL;
130 } else {
131 printk("gpioled node has been found!\r\n");
132 }
133
134 /* 2、 获取设备树中的 gpio 属性，得到 LED 所使用的 LED 编号 */
135 gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
136 if(gpioled.led_gpio < 0) {
137 printk("can't get led-gpio");
138 return -EINVAL;
139 }
140 printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
141
142 /* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出，并且输出高电平，默认关闭 LED 灯 */
143 ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
144 if(ret < 0) {
145 printk("can't set gpio!\r\n");
146 }
147
148 /* 注册字符设备驱动 */
149 /* 1、创建设备号 */
150 if (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */
151 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
152 register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT,
153 GPIOLED_NAME);
154 } else { /* 没有定义设备号 */
155 alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT,
156 GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
157 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
158 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
159 }
160 printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,
161 gpioled.minor);
162
163 /* 2、初始化 cdev */
164 gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
165 cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
166
167 /* 3、添加一个 cdev */
168 cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
169
170 /* 4、创建类 */
171 gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
172 if (IS_ERR(gpioled.class)) {
173 return PTR_ERR(gpioled.class);
174 }
175
176 /* 5、创建设备 */
177 gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,
178 gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
179 if (IS_ERR(gpioled.device)) {
180 return PTR_ERR(gpioled.device);
181 }
182 return 0;
183 }
184
185 /*
186 189 * @description : 驱动出口函数
187 * @param : 无
188 * @return : 无
189 */
190 static void __exit led_exit(void)
191 {
192 /* 注销字符设备驱动 */
193 cdev_del(&gpioled.cdev); /* 删除 cdev */
194 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销 */
195
196 device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
197 class_destroy(gpioled.class);
198 }
199
200 module_init(led_init);
201 module_exit(led_exit);
202 MODULE_LICENSE("GPL");
203 MODULE_AUTHOR("topeet");
第24~33行，创建一个led的设备结构体，包含一些私有数据。
第46行，当使用open函数时，将设备结构体变量 gpioled 设置为 filp 的私有数据 private_data。
第72~94行，实现write函数，函数中根据指令选择打开或关闭LED灯。
第135行，通过函数 of_get_named_gpio 函数获取 LED 所使用的 LED 编号。相当于将gpioled 节点中的“led-gpio”属性值转换为对应的 LED 编号。
第171、177行，创建类和设备，实现模块加载时自动在/dev目录下创建设备文件。
36.5 编写应用测试程序
创建应用测试程序gpioled_test.c，内容如下：
#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;
}
gpioled_test.c应用测试程序还是比较简单的，就是对LED驱动的打开、关闭、写操作，在运行程序时需要指定设备文件名称和要执行的操作。
36.6 编译运行测试36.6.1 编译LED驱动文件
和前面章节中驱动测试程序一样需要一个Makefile文件，只是将obj-m的值改为gpioled.o，Makefile文件内容如下：
KERNELDIR := /home/topeet/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := gpioled.o
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
首先我们在终端输入两个命令（设置两个环境变量）：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
然后执行“make”命令编译模块，编译完成生成gpioled.ko，如下图所示：
36.6.2 编译应用测试程序
输入如下命令编译应用测试程序：
arm-linux-gnueabihf-gcc -o gpioled_test gpioled_test.c
编译完成后，会生成gpioled_test可执行文件。如下图所示：
36.6.3 运行测试
启动开发板，将编译好的gpioled.ko驱动模块和gpioled_test应用测试文件拷贝到/lib/modules/4.1.15目录下（检查开发板根文件系统中有没有“/lib/modules/4.1.15”这个目录，如果没有的话需要自行创建一下。开发板中使用的是光盘资料里面提供的busybox文件系统，光盘资料的“i.MX6UL终结者光盘资料\08_开发板系统镜像\03_文件系统镜像\01_Busybox文件系统”目录下）。输入下面命令加载模块：
depmod
modprobe gpioled
驱动加载成功后，显示下面的信息：
可以看出模块加载成功，打印了一下基本信息。
然后使用gpioled_test应用测试程序来进行测试LED驱动是否可行。执行下面的命令来打开LED灯：
./gpioled_test /dev/gpioled 1
然后观察开发板上的LED红灯是否点亮，如果点亮的话，说明驱动工作正常。
然后输入下面的命令关闭LED灯：
./gpioled_test /dev/gpioled 0
观察LED灯是否熄灭。
卸载驱动使用下面的命令：
rmmod gpioled
