13 Linux 蜂鸣器
一、蜂鸣器驱动原理
常用蜂鸣器分两种，有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。
它们俩的区别：有源蜂鸣器具有内置的振荡器和驱动电路，无源蜂鸣器没有；源蜂鸣器只需简单的数字信号来控制，无源蜂鸣器需要外部电路或微控制器来提供特定频率的脉冲信号。
在 Linux 下做的工作：①设备树中添加蜂鸣器节点，在蜂鸣器节点中加入 GPIO 信息；②编写驱动程序和测试 APP。
二、硬件原理图分析
通过一个 PNP 型的三极管 8550 来驱动蜂鸣器，通过 PC7 这个 IO 来控制三极管 Q1 的导通，当 BEEP 输出低电平的时候 Q1 导通，相当于蜂鸣器的正极连接到 3.3V 电源， 蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当 BEEP 输出高电平的时候 Q1 不导通，那么蜂鸣器就没有形成一个通路，因此蜂鸣器也就不会鸣叫。
三、实验程序编写
1. 修改设备树文件
在根节点 "/" 创建 BEEP 节点：
beep {
compatible = "alientek,beep";
status = "okay";
beep-gpio = <&gpioc 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // 这里的GPIO_ACTIVE_HIGH也可以改为GPIO_ACTIVE_LOW 最终实验没有影响
}; // 这里的GPIO_ACTIVE_HIGH指引脚设置为高电平
make dtbs // 编译之后用编译后的 stm32mp157d-atk.dtb 文件启动 Linux 系统，进入 /proc/device-tree/ 目录查看 beep 节点是否存在：
2. 蜂鸣器驱动程序编写
进入 /linux/atk-mpl/Drivers/6_beep 该目录下，创建 Vscode 工作区和 beep.c 文件：
#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 /* 关蜂鸣器 */
#define BEEPON 1 /* 开蜂鸣器 */
/* 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 led_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 led_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 led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
struct beep_dev *dev = filp->private_data;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); /* 接收APP发送过来的数据 */
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
if(ledstat == BEEPON) {
gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0); /* 打开蜂鸣器 */
} else if(ledstat == BEEPOFF) {
gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1); /* 关闭蜂鸣器 */
}
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 led_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 = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int ret = 0;
const char *str;
/* 设置LED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 not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 2.读取status属性 */
ret = of_property_read_string(beep.nd, "status", &str);
if(ret < 0)
return -EINVAL;
if (strcmp(str, "okay"))
return -EINVAL;
/* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
ret = of_property_read_string(beep.nd, "compatible", &str);
if(ret < 0) {
printk("beep: Failed to get compatible property\n");
return -EINVAL;
}
if (strcmp(str, "alientek,beep")) {
printk("beep: Compatible match failed\n");
return -EINVAL;
}
/* 4、 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 led-gpio");
return -EINVAL;
}
printk("beep-gpio num = %d\r\n", beep.beep_gpio);
/* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
ret = gpio_request(beep.beep_gpio, "BEEP-GPIO");
if (ret) {
printk(KERN_ERR "beep: Failed to request beep-gpio\n");
return ret;
}
/* 6、设置PC7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);
ret = register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
if(ret < 0) {
pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n", BEEP_NAME, BEEP_CNT);
goto free_gpio;
}
} else { /* 没有定义设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT, BEEP_NAME); /* 申请设备号 */
if(ret < 0) {
pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", BEEP_NAME, ret);
goto free_gpio;
}
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);
if(ret < 0)
goto del_unregister;
/* 4、创建类 */
beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
if (IS_ERR(beep.class)) {
goto del_cdev;
}
/* 5、创建设备 */
beep.device = device_create(beep.class, NULL, beep.devid, NULL, BEEP_NAME);
if (IS_ERR(beep.device)) {
goto destroy_class;
}
return 0;
destroy_class:
class_destroy(beep.class);
del_cdev:
cdev_del(&beep.cdev);
del_unregister:
unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT);
free_gpio:
gpio_free(beep.beep_gpio);
return -EIO;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&beep.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(beep.class, beep.devid);/* 注销设备 */
class_destroy(beep.class);/* 注销类 */
gpio_free(beep.beep_gpio); /* 释放GPIO */
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
MODULE_INFO(intree, "Y"); 3. 编写测试APP
创建新的 beepApp.c 文件：
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#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;
char *filename;
unsigned char databuf[1];
if(argc != 3){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开beep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/beep文件写入数据 */
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0){
printf("BEEP 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;
}四、运行测试
首先编写 Makefile 文件：
KERNELDIR := /home/alientek/linux/atk-mpl/linux/my_linux/linux-5.4.31 # Linux内核源码路径
CURRENT_PATH := $(shell pwd) # 获取当前所处路径
obj-m := beep.o
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean之后编译驱动文件和测试 App。
make
arm-none-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp把编译后的 beepApp 和 beep.ko 放在 /linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ 目录下
sudo cp beepApp beep.ko /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ -f进入 lib/modules/5.4.31/ 该目录下，输入以下命令
depmod # 第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe beep # 加载驱动这里我出现了一个问题：
，匹配不了，无效。最终的原因是
多了一个空格，一定一定不要多那一个空格，要不然就会出现这种情况。这是成功后的
。这玩意找了我一下午，真是服了。
输入以下命令：
./beepApp /dev/beep 1 # 开启蜂鸣器
./beepApp /dev/beep 0 # 关闭蜂鸣器
# 最后卸载驱动
rmmod beep.ko