Linux LED驱动开发-基于正点原子IMX6ULL开发板

1.1 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 LED 灯驱动最 终也是对 I.MX6ULL 的 IO 口进行配置。I.MX6U-ALPHA 开发板上的 LED 连接到 I.MX6ULL 的 GPIO1_IO03 这个引脚上。

1.1.1 地址映射

MMU 全称叫做 Memory Manage Unit，也就是内存管理单元。

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。

对于 32 位 的处理器来说，虚拟地址范围是 2^32=4GB ，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 所示：

 

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 。

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。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。 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 对 应 的 虚 拟 地 址 空 间 ， 定 义 在

arch/arm/include/asm/io.h 文件中

 

#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size),MT_DEVICE)

void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size,unsigned int mtype)
 {
 return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype, __builtin_return_address(0));
 }

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
 

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。
 

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);

1.1.2 I/O 内存访问函数

 

1 、读操作函数
 

u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

2 、写操作函数

void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

1.2 硬件原理图分析

 

1.3 实验程序编写

1.3.1 LED 灯驱动程序编写
在VSCode中 创建“led”工程。新建 led.c 文件，在led.c中输入如下内容

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define LED_MAJOR 200
#define LED_NAME "led"

/*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)

/*地址映射后的虚拟地址指针*/
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;

#define LEDOFF 0 /*关闭*/
#define LEDON 1	 /*打开*/

/*LED 灯打开/关闭 */
static void led_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if (sta == LEDON)
	{
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3); /*bit3清零,打开LED*/
		writel(val, GPIO1_DR);
	}
	else if (sta == LEDOFF)
	{
		val = readl(GPIO1_DR);
		val |= 1 << 3; /*bit3置1,关闭LED*/
		writel(val, GPIO1_DR);
	}
}

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{

	printk("led_open\r\n");
	return 0;
}

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("led_release\r\n");
	return 0;
}

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
						 size_t count, loff_t *ppos)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, count);
	if (retvalue < 0)
	{
		printk("kernel write failed! \r\n");
		return -EFAULT;
	}

	/*判断是开灯还是关灯*/
    led_switch(databuf[0]);
	return 0;
}

/*字符设备操作集*/
static const struct file_operations led_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.write = led_write,
	.open = led_open,
	.release = led_release,

};

/*入口*/
static int __init led_init(void)
{
	int ret = 0;
	unsigned int val = 0;

	/*1.初始化LED，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.初始化*/
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26); /*先清除以前的配置bit26,27*/
	val |= 3 << 26;	   /*bit26,27置1*/
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	writel(0x5, SW_MUX_GPIO1_IO03);	   /*设置复用*/
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03); /*设置电气属性*/

	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val |= 1 << 3; /*bit3置1,设置为输出*/
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= 1 << 3; /*bit3置1,关闭LED*/
	writel(val, GPIO1_DR);

	/*2.注册字符设备*/
	ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
	if (ret < 0)
	{
		printk("register chrdev failed!\r\n");
		return -EIO;
	}

	printk("led_init\r\n");
	return 0;
}

/*出口*/
static void __exit led_exit(void)
{
	unsigned int val = 0;

	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= 1 << 3; /*bit3置1,打开LED*/
	writel(val, GPIO1_DR);

	/*1.取消地址映射*/
	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*/
	unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
	printk("led_exit\r\n");
}

/*注册驱动加载和卸载函数*/
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("supersmart");

1.3.2 编写测试 APP
新建 ledApp.c 文件，在里面输入如下内容：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

/*
 *argc:应用程序参数个数
 * argv[]:具体的参数内容，字符串形式
 * ./ledAPP  <0:1> 0 关灯，1 开灯
 * ./ledAPP /dev/led 0 关灯
 * ./ledAPP /dev/led 1 开灯
 */

#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];

    fd = open(filename, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("file %s open failed!\r\n", filename);
        return -1;
    }

    databuf[0] = atoi(argv[2]); /*将字符转化为数字*/
    retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
    if (retvalue < 0)
    {
        printf("LED Control Failed ! \r\n");
        close(fd);
        return -1;
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}

1.4 运行测试
 

1.4.1 编译驱动程序和测试 APP
编写 Makefile 文件

KERNELDIR := /home/znn/linux/IMX6ULL/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PAHT := $(shell pwd)
obj-m := led.o

build :kernel_modules

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

clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PAHT) clean

 输入如下命令编译出名为“led.ko”的驱动模块文件

  输入如下命令编译出名为“led.ko”的驱动模块文件

将 led.ko 和 ledAPP 复制到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，命令如下：

 1.4.2 运行测试
加载 led.ko 驱动模块:

创建“/dev/led”设备节点:

 

 打开 LED 灯

./ledAPP /dev/led 1

 

关闭 LED 灯

​​./ledAPP /dev/led 0

卸载驱动:

rmmod led.ko

 

 总结：通过以上内容学习了Linux下LED灯驱动的编写，MMU、内存映射、ioremap、iounmap、I/O 内存访问函数等内容。