<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep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
<Linux开发>驱动开发 -之-gpio子系统
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的LED驱动

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beep驱动,并编写测试app测试beep的控制。

二、新增beep设备节点

参考-<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的LED驱动的讲解,笔者使用的开发板上beep连接的是SNVS_TAMPER1这个io引脚,如下图:
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第1张图片

在这里插入图片描述

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_beep: beepgrp {
			fsl,pins =01
				MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10B0
			>;
		};

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第2张图片

可以看到pinctrl_beep节点是在iomuxc节点下的。

beep设备节点添加如下:

路径:arch/arm/boot/dts/imx6ull-water-emmc.dts
beep{
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		compatible = "water-beep";
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&pinctrl_beep>;
		beep-gpio= <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
		status = "okay";
	}

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第3张图片
注意各属性命名,后续beep驱动中会使用对应的属性名。。。。。

新增beep 节点和gpioled节点一样都是在/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:
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第4张图片
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第5张图片

新增beep节点完成,后面编写驱动和app来测试验证这个beep设备。

三、编写驱动

3.1 编写led驱动 模块挂载

编译单独的ko文件,然后动态挂载设备。
使用vscode新建一个工程;
(1)新建目录beep
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第6张图片
(2)使用vscode打开beep目录
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第7张图片
(3)新建beep.c
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第8张图片
(4) 在beep.c中输入驱动代码

/***************************************************************
Copyright © OneFu Co., Ltd. 2018-2023. All rights reserved.
文件名 : beep.c
作者 : water
版本 : V1.0
描述 : 采用 pinctrl 和 gpio 子系统驱动 beep蜂鸣器。
其他 : 无
日志 : 初版 V1.0 2023/05/28 water创建
***************************************************************/
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define BEEP_CNT 1              /* 设备号个数 */
#define BEEP_NAME "beep"        /* 名字 */
#define BEEPOFF 0                /* 关beep */
#define BEEPON 1                 /* 开beeo */

/* beep 设备结构体 */
struct beep_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 beep_gpio;           /* beep 所使用的 GPIO 编号 */
};
 
struct beep_dev beep; /* beep 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 beep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    filp->private_data = &beep; /* 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 beep_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 beep_write(struct file *filp, const char __user *buf,
                            size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int retvalue;
    unsigned char databuf[1];
    unsigned char beepstat;
    struct beep_dev *dev = filp->private_data;

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

    beepstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */

    if(beepstat == BEEPON) { 
        gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0); /* 打开 beep */
    } else if(beepstat == BEEPOFF) {
        gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1); /* 关闭 beep */
    }
    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 beep_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations beep_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = beep_open,
    .read = beep_read,
    .write = beep_write,
    .release = beep_release,
};

/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init water_beep_init(void)
{
    int ret = 0;

    /* 设置 beep 所使用的 GPIO */
    /* 1、获取设备节点: beep */
    beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
    if(beep.nd == NULL) {
        printk("beep node cant not found!\r\n");
        return -EINVAL;
    } else {
        printk("beep 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 */
    beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd, "beep-gpio", 0);
    if(beep.beep_gpio < 0) {
        printk("can't get beep-gpio");
        return -EINVAL;
    }
    printk("beep num = %d\r\n", beep.beep_gpio);

    /* 3、设置 GPIO5_IO01 为输出,并且输出高电平,默认关闭 beep */
    ret = gpio_direction_output(beep.beep_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 (beep.major) { /* 定义了设备号 */
        beep.devid = MKDEV(beep.major, 0);
        register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT,
                                    BEEP_NAME);
    } else { /* 没有定义设备号 */
        alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT, 
                                    BEEP_NAME); /* 申请设备号 */
        beep.major = MAJOR(beep.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
        beep.minor = MINOR(beep.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
    }
    printk("beep major=%d,minor=%d\r\n",beep.major,
                                    beep.minor); 

    /* 2、初始化 cdev */
    beep.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&beep.cdev, &beep_fops);

    /* 3、添加一个 cdev */
    cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);

    /* 4、创建类 */
    beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
    if (IS_ERR(beep.class)) {
    return PTR_ERR(beep.class);
    }

    /* 5、创建设备 */
    beep.device = device_create(beep.class, NULL,
                            beep.devid, NULL, BEEP_NAME);
    if (IS_ERR(beep.device)) {
        return PTR_ERR(beep.device);
    }
    return 0;
}

/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit water_beep_exit(void)
{
    /* 注销字符设备驱动 */
    cdev_del(&beep.cdev); /* 删除 cdev */
    unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 注销 */

    device_destroy(beep.class, beep.devid);
    class_destroy(beep.class);
}

module_init(water_beep_init);
module_exit(water_beep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("water");

(5) 配置linux头文件
同时按下ctrl+shitf+P,显示如下:
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第9张图片
选择“c/c++:编辑配置(JSON)”,添加linux的头文件,注意是绝对路径,内容如下:

 "/home/water/imax/NXP/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/include",
                "/home/water/imax/NXP/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include",
                "/home/water/imax/NXP/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/arch/arm/include/generated/"

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第10张图片
(6) 编写Makefile

ARCH=arm 
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

KERNELDIR := /home/water/imax/NXP/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := beep.o

KBUILD_CFLAGS += -fno-pie

build: kernel_modules

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


<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第11张图片
(7) 编译

make

编译成功如下:
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第12张图片
在这里插入图片描述

出现一下错误,,新增:

ARCH=arm 
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
KBUILD_CFLAGS += -fno-pie

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第13张图片 出现以下错误,需将kernel内核顶级目录的Makefile下修改下面句子:
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第14张图片
路径:/home/water/imax/NXP/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/Makefile.
读者更具自己的kernel路径修改…
原:

ARCH		?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE	?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

改:

 ARCH		?= arm
CROSS_COMPILE	?= arm-linux-gnueabihf-

(8) 放到设备中挂载
在文件系统中新建文件夹,如下:

mkdir -p /home/water/imax/nfs/buildrootfs/lib/modules/4.1.15+

将前面编译的ko驱动文件放到4.1.15+目录

cp beep.ko  /home/water/imax/nfs/buildrootfs/lib/modules/4.1.15+

在这里插入图片描述

使用depmod命令提示下列错误:
在这里插入图片描述
原因:作者使用buildroot构建busybox时没有是能depmod,
解决方法:重新buildroot构建busybox使能depmod.
buildroot构建参考:<Linux开发>系统移植 -之-使用buildroot构建BusyBox根文件系统
进入buildroot目录下,运行:
sudo make busybox-menuconfig 在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
重新编译:

sudo make FORCE_UNSAFE_CONFIGURE=1

替换原根文件系统:(记得先保留/root/water_soft/,否则会被删掉 之前开发的内容)

sudo rm -r buildrootfs
mkdir  buildrootfs
cd buildrootfs
cp ../../NXP/buildroot/buildroot-2020.05/output/images/rootfs.tar  .
tar -vxf rootfs.tar
sudo rm rootfs.tar

重新运行depmod
在这里插入图片描述
又发生错误,我们新建这个/lib/modules/4.1.15+目录即可:

mkdir -p  /libmodules/4.1.15+

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第15张图片
新曾的beep.ko文件需要放到/lib/modules/4.1.15+目录下,然后在/lib/modules/4.1.15+下在运行:

depmod

运行之后在同级目录下的 modules.dep文件会有文件记录,如下:

# cat modules.dep 
beep.ko:

挂载驱动:

modprobe beep.ko 

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第16张图片
上述就是动态挂载的过程,正常挂载beep设备,并获取了对应的设备号等信息。

3.2 beep驱动并入内核一起编译

由于kernel没有专门针对beep的驱动,那么我们讲究将beep设备放到led的驱动目录下吧。
新建文件:drivers/leds/beep-water.c
在beep-water.c输入以下内容:

驱动内容与3.1节的驱动内容保持一致。

3.3 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_BEEP_WATER)			+= beep-water.o

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第17张图片

3.4 添加menuconfig选项

在3.3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_BEEP_WATER 这个宏,只要这个宏为true那么就会编译beep-water.o所对于的beep-water.c文件了。
在Kconfig文件末尾添加如下内容:

路径:drivers/leds/Kconfig
config BEEP_WATER
	tristate "beep support for water imax6ull board"
	help
	  This option enables support for the imax water beep.

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。

3.5 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 —>”
在这里插入图片描述
(2) 选择 “LED Support —>”
在这里插入图片描述
(3) 选择 “beep Support for water imax6ull board —>”
<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第18张图片

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。
在这里插入图片描述
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beep的app

在ubuntu下新建目录:/home/water/imax/soft/beep,并新建文件beep_water_app.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. 2019-2023. All rights reserved. 
 * 文件名 : beep_water_app.c 
 * 作者 : water 
 * 版本 : V1.0 
 * 描述 : beep 驱测试APP。 
 * 其他 : 使用方法:./beep_water_app /dev/beep <1>|<2>
 *                argv[2] 0:关闭beep
 *                argv[2] 1:打开beep
 * 日志 : 初版V1.0 2023/05/28 water创建 
 * ***************************************************************/ 

#define BEEPOFF 0
#define BEEPON  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("BEEP 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  beep_water_app.c  -o  beep_water_app

编译app:

 arm-linux-gnueabihf-gcc  beep_water_app.c  -o  beep_water_app

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第19张图片

五、运行测试

将编译生成的 beep_water_app 执行文件拷贝到文件系统的/root/water_soft/beep/目录下:
在这里插入图片描述

在Securecrt终端运行如下命令:

 cd /root/water_soft/beep/
./beep_water_app  /dev/beep  1

<Linux开发>驱动开发 -之-基于pinctrl/gpio子系统的beep驱动_第20张图片

运行之后,即可观看开发板beep状态为开。
如果是./beep_water_app /dev/beep 0则beep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beep的驱动开发,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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