LED驱动（原始架构优化：分层/分离）——STM32MP157
文章目录
- 优化思想：分层
-
- Demo的LED驱动程序
-
- led_opr.h
- board_demo.c
- leddrv.c
- ledtest.c
- Makefile
- 编译测试
- STM32MP157的LED驱动程序
-
- board_stm32mp157.c
- leddrv.c
- led_opr.h
- Makefiel
- 编译测试
- 优化思想：分离
-
- Demo的LED驱动程序
-
- led_resource.h
- board_A_led.c
- chip_demo_gpio.c
- Makefile
- 编译测试
- 总结：
-
- 面向对象
- 分层
- 分离
优化思想：分层
使用分层的思想，使得LED 驱动能支持多个板子
驱动程序分为上下两层：leddrv.c、board_demo.c。leddrv.c 负责注册file_operations 结构体，它的 open/write 成员会调用 board_demo.c 中提供的硬件 led_opr 中的对应函数。
file_operations 结构体定义如下：
每个单板相关的 board_X.c 实现自己的 led_operations 结构体，供上层的 leddrv.c 调用
Demo的LED驱动程序
实现功能：
- 通过board_demo.c里面的write函数实现点灯和关灯的信息打印
led_opr.h
声明结构体：led_operations
#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H
//声明结构体：led_operations
struct led_operations {
int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */
int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};
//返回结构体指针
struct led_operations *get_board_led_opr(void);
#endif
board_demo.c
定义结构体：led_operations
demo程序不操作具体硬件，只返回打印信息；即应用层调用write函数，最终会调用单板的board_demo_led_ctl 函数
#include leddrv.c
从底层硬件相关的代码 board_demo.c 中获得 led_operaions结构体
可以定义多个设备节点，在入口函数时创建多个设备节点，出口函数销毁多个设备节点
添加获取次设备号代码：能够根据用户输入的设备节点的名字获取次设备号
#include ledtest.c
#include \n" , argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 写文件 */
if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
{
status = 1;
write(fd, &status, 1);
}
else
{
status = 0;
write(fd, &status, 1);
}
close(fd);
return 0;
}
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 my_led.ko
my_led-y := leddrv.o board_demo.o
obj-m += my_led.o
编译测试
在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块my_led.ko和可执行程序ledtest ，移植到开发板上
insmod my_led.ko //挂载驱动程序
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk
./ledtest /dev/my_led0 on // 点灯
./ledtest /dev/my_led0 off //熄灭
执行结果：
[root@100ask:~]#./ledtest /dev/my_led0 on
[13463.176987] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open line 58
[13463.197877] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_init line 22, led 0
[13463.216232] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write line 45
[13463.232889] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_ctl line 28, led 0, on // 可以看到这句“on ”打印
[13463.247977] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close line 67
[root@100ask:~]#./ledtest /dev/my_led0 off
[13464.540637] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open line 58
[13464.554380] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_init line 22, led 0
[13464.569671] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write line 45
[13464.580615] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_ctl line 28, led 0, off // 可以看到这句“off ”打印
[13464.593397] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close line 67
STM32MP157的LED驱动程序
LED的操作主要是先写框架，再写硬件操作的代码
根据原始框架中编写的GPIO操作的方法，操作指定寄存器，完成指定功能
参考博文：LED驱动（原始架构）——STM32MP157
将上一章Demo的LED驱动程序中的文件替换为以下几个文件，其他不变
board_stm32mp157.c
将上面的board_demo.c 修改为board_stm32mp157.c
#include leddrv.c
为了leddrv的通用性，将次设备号的个数放在单板代码中然后读取，而不是在该文件中定义次设备号个数
#include led_opr.h
声明结构体：led_operations
#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H
struct led_operations {
int num;//次设备号
int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */
int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};
struct led_operations *get_board_led_opr(void);
#endif
Makefiel
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 my_led.ko
my_led-y := leddrv.o board_stm32mp157.o
obj-m += my_led.o
编译测试
在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块my_led.ko和可执行程序ledtest ，移植到开发板上
insmod my_led.ko
echo none > /sys/class/leds/heartbeat/trigger // 关闭心跳灯
./ledtest /dev/my_led0 on
./ledtest /dev/my_led0 off
优化思想：分离
目的：写出比较通用的硬件操作代码
程序结构：
以面向对象的思想，在 board_A_led.c 中实现 led_resouce 结构体，它定义“资源”──要用哪一个引脚。在 chipY_gpio.c 中仍是实现 led_operations 结构体，它要写得更完善，支持所有 GPIO。
Demo的LED驱动程序
led_resource.h
根据面向对象思想，定义一个结构体来表示一个对象（哪一个组的哪一个资源）
#ifndef _LED_RESOURCE_H
#define _LED_RESOURCE_H
/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0] = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)//分离引脚信息
#define PIN(x) (x&0xFFFF)//分离引脚信息
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))//组合引脚信息
//定义了 led_resource 结构体，用来描述 GPIO：
struct led_resource {
int pin;//该变量里面组合了引脚的信息
};
struct led_resource *get_led_resouce(void);
#endif
board_A_led.c
运行设备节点，会打开指定的第几组的第几个引脚，引脚的定义在文件：board_A_led中
#include "led_resource.h"
static struct led_resource board_A_led = {
.pin = GROUP_PIN(3,1),//利用宏定义描述哪一组的哪一个引脚
};
struct led_resource *get_led_resouce(void)
{
return &board_A_led;
}
chip_demo_gpio.c
简单的实现驱动函数的调用
#include Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
my_led-y := leddrv.o chip_demo_gpio.o board_A_led.o
obj-m += my_led.o
编译测试
在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块my_led.ko和可执行程序ledtest ，移植到开发板上
insmod my_led.ko //挂载驱动程序
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk
./ledtest /dev/my_led0 on // 点灯
./ledtest /dev/my_led0 off //熄灭
总结：
驱动设思想：面向对象，分层，分离
在linux内核里面，面向对象即用一个结构体来表示对象
面向对象
- 字符设备驱动程序抽象出一个 file_operations 结构体；
- 我们写的程序针对硬件部分抽象出 led_operations 结构体。
分层
上下分层，比如我们前面写的 LED 驱动程序就分为 2 层：
- 上层实现硬件无关的操作，比如注册字符设备驱动：leddrv.c
- 下层实现硬件相关的操作，比如 board_A.c 实现单板 A 的 LED 操作
分离
程序仍分为上下结构：
- 上层 leddrv.c 向内核注册 file_operations 结构体；
- 下层 chip_demo_gpio.c 提供 led_operations 结构体来操作硬件。
- 下层的代码分为 2 个：chip_demo_gpio.c 实现通用的 GPIO 操作，
- board_A_led.c 指定使用哪个 GPIO，即“资源”