荔枝派Zero(全志V3S)驱动开发之RGB LED灯

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前言

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一、硬件连接

查看 V3S 原理图，查看 RGB LED对应的引脚
PG0 -> green LED
PG1 -> blue LED
PG2 -> red LED

二、文件 IO 方式操作 GPIO

具体参考此链接：https://wiki.sipeed.com/soft/Lichee/zh/Zero-Doc/Drive/GPIO_file.html

通过 sysfs 方式控制 GPIO，先访问 /sys/class/gpio 目录，向 export 文件写入 GPIO 编号，使得该 GPIO 的操作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO 的操作接口包括 direction 和 value 等，direction 控制 GPIO 方向，而 value 可控制 GPIO 输出或获得 GPIO 输入。文件 IO 方式操作 GPIO，使用到了4个函数 open、close、read、write。

首先，看看系统中有没有“/sys/class/gpio”这个文件夹。如果没有请在编译内核的时候加入：

Device Drivers -> 
        GPIO Support ->
                /sys/class/gpio/… (sysfs interface)。

在使用 sysfs 操作 GPIO 时出现了如下报错：

echo 192 > /sys/class/gpio/export
[ 392.792770] sun8i-v3s-pinctrl 1c20800.pinctrl: pin PG0 already requested by 1c10000.mmc; cannot claim for 1c20800.pinctrl:192
[ 392.804223] sun8i-v3s-pinctrl 1c20800.pinctrl: pin-192 (1c20800.pinctrl:192) status -22
sh: write error: Invalid argument

又回去看了一下原理图，看了一下芯片端：

问题出现在了 PG0、PG1、PG2 不仅仅是 RGB LED 的引脚，而且还是 SDIO WIFI 的引脚，目前这个报错应该是设备树里面有相应的声明了！我们要将其注释掉，用作 RGB LED 的引脚。

修改 sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dts 设备树文件，注释掉 mmc1 相关的信息

vi ./arch/arm/boot/dts/sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dts

重新编译内核再将设备树文件拷贝到 SD 卡，将 SD 卡插在板子上运行
使用 sysfs 操作 GPIO 的例子：

#echo 192 > /sys/class/gpio/export  #导出 PG0, GREEN
#ls /sys/class/gpio/
export     gpio192    gpiochip0  unexport
#ls /sys/class/gpio/gpio192/
active_low  direction   power       uevent
device      edge        subsystem   value
#echo "out" > /sys/class/gpio/gpio192/direction #设置为输出
#echo 0 > /sys/class/gpio/gpio192/value #亮灯
#echo 1 > /sys/class/gpio/gpio192/value #灭灯
#echo "in" > /sys/class/gpio/gpio192/direction #设置为输入
#cat /sys/class/gpio/gpio192/value #读取电平
1

亮灯时

灭灯时

此外红灯和蓝灯的显示也是如此操作，这里就不一一列举了

三、编写驱动

rgb_led_drv.c

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

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 

#include 
#include 
#include 

#include 

/**
 * file name：gpioled
 * date: 2021-08-31  15:51
 * version：1.0
 * author:luatao
 * describe：gpioLed device drive
 */

#define GPIOLED_CNT  1     /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME        "gpioled"      /* 设备名*/

#define LEDOFF 1  /* 关灯 */
#define LEDON  0  /* 开灯 */

/* 设备结构体 自定义 */
struct gpioled_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 led_gpio;    /* led所使用的GPIO编号 */
 };

/* 定义一个设备结构体 */
struct gpioled_dev gpioled;   /* led 设备 */


/* 打开设备 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    filp->private_data = &gpioled;  /* 设置私有数据 */
    printk("led open!\r\n");
    return 0;
}

/* 从设备读取数据 */
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    printk("led read !\r\n");
    return 0;
}

/* 往设备写数据 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int ret;
    unsigned char datebuf[1];  // 接收数据缓冲区
    unsigned char cmd;  // LED的命令 0 打开  1 关闭

    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;  // 获取私有数据 

     /* 被写入的内核空间的数据 ，需要用户空间向内核空间发送数据 */
    ret = copy_from_user(datebuf, buf, cnt);  // 接收发送过来的数据
    if(ret ==0){  // 成功返回0  失败返回有多少个B未完成copy
        // printk("kernel receivedata: %s !\r\n", datebuf);
    }else{
        printk("kernel receivedata failed!\r\n");
        return -1;
    }

    /* 处理接收的数据 */
    cmd = datebuf[0];  

    /* 控制LED执行命令 */
    if(cmd == LEDON){  // 打开LED
        gpio_set_value(dev->led_gpio, 0);  // 设置值
    }else if(cmd ==LEDOFF){  // 关闭LED
        gpio_set_value(dev->led_gpio, 1);
    }else{
        printk("cmd is invalid!\r\n");
    }
    return 0;
}

/* 释放设备 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    //printk("led release!\r\n");
    return 0;
}


/* 设备操作函数结构体  */
static struct file_operations gpioled_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open,
    .read = led_read,
    .write = led_write,
    .release = led_release,
};

/* 驱动入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
    int ret;  // 返回值

    /* 获取设备数中的属性数据  */
    /* 1. 获取设备节点 /led*/
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/leds/blue_led");  // 通过绝对路径查找设备节点
    if(gpioled.nd == NULL){
        printk("led node no find!\r\n");
        return -EINVAL;  /* 无效参数 不知道这个返回值是啥意思，我觉得返回一个负数就可以，这个值是23，不知道有没有处理*/
    }

    /* 2. 获取设备树中的gpio属性 得到LED所使用的gpio编号 */
    gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "gpios", 0);
    if(gpioled.led_gpio < 0 ){
         printk("can't get led-gpio\r\n");
        return -EINVAL;  /* 无效参数 不知道这个返回值是啥意思，我觉得返回一个负数就可以，这个值是23，不知道有没有处理*/
    }
    printk("led-gpio num = %d \r\n", gpioled.led_gpio);  // 打印获取的led-gpio属性值

    /* 3. 设置GPIO1_IO03为输出，并且输出高电平，默认关闭LED灯 */
    ret = gpio_direction_output(gpioled.led_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(gpioled.major){  // 定义了设备号 
        gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0 );  // 根据主设备号和次设备号合成设备号 
        register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);  // 注册设备号 
    }else{  // 没有定义设备号 动态生成 
        alloc_chrdev_region(&gpioled.devid,0,GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME ); // 申请设备号
        gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);  // 获取主设备号
        gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);  // 获取次设备号
    }
    printk("gpioled major = %d,minor = %d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);  // 打印主设备号和次设备号

    /* 2. 初始化 cdev */
    gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;  
    cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);  // 初始化cdev
    /* 3. 添加cdev */
    cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT ); // 向linux系统添加cdev

     /* 自动创建设备节点文件 */
    /* 4. 创建类 */
    gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);  // 创建类 
    if(IS_ERR(gpioled.class)){
        return PTR_ERR(gpioled.class);
    }
    /* 创建设备 */
    gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
      if(IS_ERR(gpioled.device)){
        return PTR_ERR(gpioled.device);
    }

    return 0;
}


/* 驱动出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{

    /*  注销字符设备驱动 */
    cdev_del(&gpioled.cdev);  /* 删除 cdev */
    unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT ); /* 注销设备号 */

    device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);  /* 注销设备  */
    class_destroy(gpioled.class);  /* 注销类 */


    printk("led drive unregsister ok !\r\n");
}

/* 加载驱动入口和出口函数 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

/* LICENSE 和 AUTHOR 信息*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("licheepi");

四、编写应用程序

1、V1 版本，实现蓝灯亮灭

rgb_led_app.c

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

/**
 * file name：ledApp
 * date: 2021-08-31  15:55
 * version：1.0
 * author:luatao
 * describe：字符设备驱动LED测试APP
 * 执行命令：./ledApp /dev/gpioled 1  关灯 或者 ./ledApp /dev/gpioled 0开灯
 */


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

/* 主程序 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    char *filename;  // 可执行文件名
    int fd,ret;  //  fd: 文件句柄 ret:函数操作返回值
    unsigned char databuf[1]; // 缓冲区


    /* 先判断输入的参数 */
    if(argc !=  3){  // 本身文件名带1个 执行文件1个  读出或者写入一个 
       printf("parameter error!\r\n");
       return -1;
    }

    /* 分析参数 ，提取有用的信息 */
    filename = argv[1];  // 可执行文件名 
    databuf[0] = atoi(argv[2]); // 执行命令


    
    /* 打开LED文件 */
    fd = open(filename, O_RDWR);  // 可读可写 
    if(fd < 0){
        printf("can't open file:%s\r\n",filename);
        return -1;
    }

    /* 向文件中写入数据 */
    ret = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
    if(ret < 0){
            printf("write file %s failed !\r\n",filename);
            goto close_file;   // 关闭文件 
    }else{ // 写入成功
     //   printf("led operation ok!\r\n");
    }

close_file:
    /* 关闭文件 */
    ret = close(fd);
    if(ret < 0){
        printf("can't close file %s \r\n", filename);
        return -1;
    }

    return 0;
}

2、V2 版本，实现蓝灯闪烁

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

/**
 * file name：led_twinkle
 * date: 2021-08-31  16:26
 * version：1.0
 * author:luatao
 * describe：字符设备驱动LED测试APP
 * 执行命令：./led_twinkle /dev/gpioled n LED闪烁延时间隔  单位s
 */


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

/* 主程序 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    char *filename;  // 可执行文件名
    int fd,ret,n_interval ;  //  fd: 文件句柄 ret:函数操作返回值 n_interval Led的闪烁时间间隔
    unsigned char databuf[1] = {0}; // 缓冲区


    /* 先判断输入的参数 */
    if(argc !=  3){  // 本身文件名带1个 执行文件1个  读出或者写入一个 
       printf("parameter error!\r\n");
       return -1;
    }

    /* 分析参数 ，提取有用的信息 */
    filename = argv[1];  // 可执行文件名 
    n_interval = atoi(argv[2]); // 闪烁的延时间隔 


    
    /* 打开LED文件 */
    fd = open(filename, O_RDWR);  // 可读可写 
    if(fd < 0){
        printf("can't open file:%s\r\n",filename);
        return -1;
    }

    while(1){

        ret = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
        if(ret < 0){
                printf("write file %s failed !\r\n",filename);
                goto close_file;   // 关闭文件 
        }else{ // 写入成功
        //   printf("led operation ok!\r\n");
        }
        
        /* 延时加翻转 */
        if(databuf[0]  == 1)
            databuf[0]  = 0;
         else
            databuf[0] = 1;
        sleep(n_interval); //延时n_interval秒

    }
 


close_file:
    /* 关闭文件 */
    ret = close(fd);
    if(ret < 0){
        printf("can't close file %s \r\n", filename);
        return -1;
    }

    return 0;
}

五、编译

1、进入到 rgb_led_v1 目录下，执行 make 进行编译，生成我们需要用到的 rgb_led_drv.ko 设备的驱动模块和 rgb_led_app 可执行文件

2、进入到 rgb_led_v2 目录下，执行 make 进行编译，生成我们需要用到的 rgb_led_drv.ko 设备的驱动模块和 rgb_led_twinkle_app 可执行文件

六、运行测试

1、将 rgb_led_drv.ko、rgb_led_app、rgb_led_twinkle_app 通过 tftp 命令拷贝到板子上

tftp -g -l rgb_led_drv.ko 192.168.25.25
tftp -g -l rgb_led_app 192.168.25.25
tftp -g -l rgb_led_twinkle_app 192.168.25.25

2、加载设备的驱动模块

insmod rgb_led_drv.ko

[ 942.458636] gpioled: loading out-of-tree module taints kernel.
表示不是树内模块，污染内核，但是不影响使用。

解决方法：
自己在驱动源码种添加一句 MODULE_INFO(intree, “Y”);，以欺骗内核本模块为树内模块

3、运行 rgb_led_app 实现蓝灯亮灭
①、亮灯

./rgb_led_app /dev/gpioled 0

②、灭灯

./rgb_led_app /dev/gpioled 1 # 灭灯

3、运行 rgb_led_twinkle_app 实现蓝灯闪烁
间隔1s进行闪烁

./rgb_led_twinkle_app /dev/gpioled 1

RGB LED闪烁

七、资源自取

方式1：github 链接

https://github.com/Gnepuil79/licheepi.git

方式2：百度网盘

链接：https://pan.baidu.com/s/11C0ywz5XVbA_9NQYDq3peQ
提取码：xvih

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我的qq：2442391036，欢迎交流！

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