I.MX6ULL ARM驱动开发---设备树下的LED驱动实验
一、什么是设备树？
设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如 CPU 数量、内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等，如下图所示：
在上图中，树的主干就是系统总线，IIC 控制器、GPIO 控制器、SPI 控制器等都是接到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02这两个 IIC 设备，IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。
二、DTS、DTB和DTC
设备树源文件扩展名为.dts，然而在Linux内核移植过程中，我们发现设备树移植的是.dtb文件。那DTS和DTB有什么关系呢？DTS 是设备树源码文件，DTB 是将 DTS 编译以后得到的二进制文件。将.c 文件编译为.o 需要用到 gcc 编译器，那么将.dts 编译为.dtb需要什么工具呢？需要用到 DTC 工具！
如何生成DTS？
要编译 DTS 文件的话只需要进入到 Linux 源码根目录下，然后执行如下命令：
make dtbs
三、设备树LED驱动原理
我们使用设备树来向 Linux 内核传递相关的寄存器物理地址，Linux 驱动文件使用 OF 函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的 IO。实验重点内容如下：
① 在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中创建相应的设备节点。
② 编写驱动程序，获取设备树中的相关属性值。
③ 使用获取到的有关属性值来初始化 LED 所使用的 GPIO。
四、设备树常用OF操作函数
1、查找节点的OF函数
设备都是以节点的形式“挂”到设备树上的，因此要想获取这个设备的其他属性信息，必须先获取到这个设备的节点。Linux 内核使用 device_node 结构体来描述一个节点，此结构体定义在文件 include/linux/of.h 中，定义如下：
struct device_node {
const char name; / 节点名字 */
const char type; / 设备类型 */
phandle phandle;
const char full_name; / 节点全名 */
struct fwnode_handle fwnode;
struct property properties; / 属性 */
struct property deadprops; / removed 属性 */
struct device_node parent; / 父节点 */
struct device_node child; / 子节点 */
struct device_node *sibling;
struct kobject kobj;
unsigned long _flags;
void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
const char *path_component_name;
unsigned int unique_id;
struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};
（1）of_find_node_by_name函数
of_find_node_by_name 函数通过节点名字查找指定的节点，函数原型如下：
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,
const char *name);
函数参数和返回值含义如下：
from:开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
name:要查找的节点名字。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。
（2）of_find_node_by_path 函数
of_find_node_by_path 函数通过路径来查找指定的节点，函数原型如下：
inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
函数参数和返回值含义如下：
path:带有全路径的节点名，可以使用节点的别名，比如“/backlight”就是 backlight 这个节点的全路径。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败
2、提取属性值的OF函数
节点的属性信息里面保存了驱动所需要的内容，因此对于属性值的提取非常重要，Linux 内核中使用结构体 property 表示属性，此结构体同样定义在文件 include/linux/of.h 中，内容如下：
struct property {
char name; / 属性名字 /
int length; / 属性长度 */
void value; / 属性值 */
struct property next; / 下一个属性 */
unsigned long _flags;
unsigned int unique_id;
struct bin_attribute attr;
};
（1）of_find_property函数
of_find_property 函数用于查找指定的属性，函数原型如下：
property *of_find_property(const struct device_node *np,
const char *name,
int *lenp)
函数参数和返回值含义如下：
np：设备节点。
name：属性名字。
lenp：属性值的字节数
返回值：找到的属性
(2)of_property_read_u32_index函数
of_property_read_u32_index 函数用于从属性中获取指定标号的 u32 类型数据值(无符号 32 位)，比如某个属性有多个 u32 类型的值，那么就可以使用此函数来获取指定标号的数据值，此函数原型如下：
int of_property_read_u32_index(const struct device_node *np,
const char *propname,
u32 index, u32 *out_value)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
propname:要读取的属性名字。
index:要读取的值标号。
out_value:读取到的值
返回值：0 读取成功，负值，读取失败，-EINVAL 表示属性不存在，-ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太小。
（3）of_property_read_string函数
of_property_read_string 函数用于读取属性中字符串值，函数原型如下：
int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname, const char **out_string)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
propname:要读取的属性名字。
out_string:读取到的字符串值。
返回值：0，读取成功，负值，读取失败。
3、其他常用的OF函数
（1）of_iomap 函数
of_iomap 函数用于直接内存映射，以前通过 ioremap 函数来完成物理地址到虚拟地址的映射，采用设备树以后就可以直接通过 of_iomap 函数来获取内存地址所对应的虚拟地址，不需要使用 ioremap 函数了。
void __iomem *of_iomap(struct device_node *np, int index)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
index: reg 属性中要完成内存映射的段，如果 reg 属性只有一段的话 index 就设置为0。
返回值:经过内存映射后的虚拟内存首地址，如果为 NULL 的话表示内存映射失败。
五、实验程序编写
1、修改设备树文件
在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点，打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在根节点“/”最后面输入如下所示内容：
alphaled {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-led";
status = "okay";
reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */
0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */
0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */
0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */
};
第 2、3 行，属性#address-cells 和#size-cells 都为 1，表示 reg 属性中起始地址占用一个字长 (cell)，地址长度也占用一个字长(cell)。
第 4 行，属性 compatbile 设置 alphaled 节点兼容性为“atkalpha-led”。
第 5 行，属性 status 设置状态为“okay”。
第 6~10 行，reg 属性，非常重要！reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比如第 6 行的“0X020C406C 0X04”表示 I.MX6ULL 的 CCM_CCGR1 寄存器，其中寄存器首地址为 0X020C406C，长度为 4 个字节。
设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下 imx6ull-alientek-emmc.dts：
make dtbs
编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb，使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动Linux 内核。Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“alphaled”这个节点，结果如下图所示：
可以进入到图 44.3.1 中的 alphaled 目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如下图所示：
可以查看一下 compatible、status 等属性值是否和我们设置的一致。
2、LED驱动程序编写
#include 3、编写测试APP
#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;
}
六、编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写 Makefile 文件，Makefile 内容如下所示：
KERNELDIR := /home/sh/Desktop/MUL/zimage
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := dtsled.o
ARCH=arm
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) clean
输入如下命令编译出驱动模块文件：
make
编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件。
（2）编译测试APP
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp
七、运行测试
将 dtsled.ko 和 ledApp 这两个文件拷贝到开发板，输入如下命令加载 dtsled.ko 驱动模块：
insmod dtsled.ko //加载驱动
驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示：
从上图可以看出，alpahled 这个节点找到了，并且 compatible 属性值为“atkalpha-led”，status 属性值为“okay”，reg 属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4 0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”，这些都和我们设置的设备树一致。
输入如下命令打开 LED 灯：
/ledApp /dev/dtsled 1 //打开 LED 灯
关闭 LED 灯：
./ledApp /dev/dtsled 0 //关闭 LED 灯
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
rmmod dtsled.ko