RK3568驱动指南｜第二篇 字符设备基础-第18章 点亮LED灯实验

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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第18章 点亮LED灯实验

经过前面章节的学习，我们已经对字符设备相关的知识进行了学习和实验，但实际上并没有涉及到对硬件的操作，而在本小节中将通过字符设备驱动及相关的应用程序对LED灯进行控制，通过对硬件的实际操作，从而对之前学习到的知识进行整合与回顾。

18.1 查看原理图

首先打开底板原理图，如下图（图18-1）所示：

由上图可以看出，LED灯是由GPIO0_B7控制的。当GPIO0_B7为高电平时，三极管Q16导通，LED9点亮。当GPIO0_B7为低电平时，三极管Q16截止，LED9不亮。

18.2 查询寄存器地址

在上一小节，我们查询到了控制LED灯的GPIO为GPIO0_B7。在接下来的实验中需要对GPIO进行配置，一般情况下需要对GPIO的复用寄存器，方向寄存器，数据寄存器进行配置。接下来我们打开RK3568的参考手册part1查找这几个寄存器的地址。

查找复用寄存器

打开参考手册part1的第三章，GPIOB的复用寄存器的偏移地址如下（图18-2）所示：

搜索gpio0b7，如下图（图 18-3）所示，gpio0b7_sel在PMU_GRF_GPIO0B_IOMUX_H上，所以偏移地址为0x000C。gpio0b7可以通过控制[14:12]位来选择复用为哪个功能，我们要控制led灯，所以功能要复用为gpio。

复用寄存器的基地址如下图(图 18-4)所示：

所以复用寄存器地址=基地址+偏移地址=0xFDC2000C 。使用io命令查看此寄存器的地址：

io -r -4 0xFDC2000C

如上图(图 18-5)所示，寄存器值为00000001，[14:12]位为000，如下图（图 18-6）所示，所以默认设置的为gpio功能。

查找方向寄存器

打开参考手册part1的第16章节，数据寄存器的偏移地址如下图（图 18-7）所示：

GPIO有四组GPIO，分别是GPIOA，GPIOB，GPIOC，GPIOD。每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分。GPIO0B7在GPIO_SWPORT_DDR_L上所以，方向寄存器的偏移地址为0x0008。接着查看GPIO_SWPORT_DDR_L寄存器的具体描述，如下图（图18-8）所示：

如上图（图 18-8）所示，[31:16]位属性是WO，也就是只可写入。这[31:16]位是写标志位，是低16位的写使能。如果低16位中某一位要设置输入输入输出，则对应高位写标志也应该设置为1。 [15：0] 是数据方向控制寄存器低位，如果要设置某个GPIO为输出，则对应位置1，如果要设置某个GPIO为输入，则对应位置0。那么GPIO0 B7 ，我们要设置第15位为输入还是输出，那么对应的[31:16]位写使能也要置1。

打开参考手册part1的1.1小节Address Mapping。

如上图（图18-10）所示，GPIO0的基地址为0xFDD60000。方向寄存器的地址=基地址+偏移地址=0xFDD60000+0x0008=0xFDD60008

然后使用IO命令查看该寄存器的值，如下（图18-11）所示：

如下图（图 18-11）所示，第15位默认为1，设置GPIO0_B7为输出。

查找数据寄存器

打开参考手册part1的1.1小节Address Mapping。

如上图（图18-13）所示，GPIO0的基地址为0xFDD60000。

数据寄存器的偏移地址如下（图18-14）所示：

所以数据寄存器的地址为基地址+偏移地址=0xFDD60000。使用IO命令查看地址的值，如下（图18-15）所示：

我们来看一下这个数据寄存器的描述，如下图（图18-16）所示，

分析上图的方法和在分析方向寄存器的方法同理，由上图可知，如果要控制第15位为高电平（置1），需要设置31位为1，那么点亮灯，需要向数据寄存器写入0x8000c040，如下图（图18-17）所示：

如果要灭灯，需要设置第15位为0 ，第31位为1，那么向数据寄存器中写入0x80004040，如下图（图 18-18）所示：

总结

• 复用关系寄存器的基地址为0xFDC20000 ，偏移地址为000C ，所以要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDC2000C
• GPIO的基地址为0xFDD60000，偏移地址为0x0008，所以方向寄存器要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDD60008
• GPIO的基地址为0xFDD60000，偏移地址为0x0000，所以数据寄存器要操作的地址为基地址+偏移地址=0xFDD60000
• 默认的数据寄存器的值：0x8000c040亮灯，0x80004040灭灯

18.3 实验程序编写

18.3.1 驱动程序编写

本驱动程序对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\13\module。

本次实验在15章的驱动程序基础上进行编写，通过在应用层传入0/1数据到内核，如果传入数据是1，则设置GPIO的数据寄存器值为0x8000c040，如果应用层传入0，则设置GPIO的数据寄存器值为0x80004040，这样就可以达到控制led的效果， 编写好的驱动程序file.c如下所示：

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

#define  GPIO_DR 0xFDD60000

struct device_test{
   
    dev_t dev_num;  //设备号
    int major ;  //主设备号
    int minor ;  //次设备号
    struct cdev cdev_test; // cdev
    struct class *class;   //类
    struct device *device; //设备
    char kbuf[32];
    unsigned int *vir_gpio_dr;
};

struct  device_test dev1;  


/*打开设备函数*/
static int cdev_test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    file->private_data=&dev1;//设置私有数据
    printk("This is cdev_test_open\r\n");
    return 0;
}

/*向设备写入数据函数*/
static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
     struct device_test *test_dev=(struct device_test *)file->private_data;

    if (copy_from_user(test_dev->kbuf, buf, size) != 0) // copy_from_user:用户空间向内核空间传数据
    {
        printk("copy_from_user error\r\n");
        return -1;
    }
    if(test_dev->kbuf[0]==1){   //如果应用层传入的数据是1，则打开灯
            *(test_dev->vir_gpio_dr) = 0x8000c040;   //设置数据寄存器的地址
            printk("test_dev->kbuf [0]  is %d\n",test_dev->kbuf[0]);  //打印传入的数据
    }
else if(test_dev->kbuf[0]==0){  //如果应用层传入的数据是0，则关闭灯
        *(test_dev->vir_gpio_dr) = 0x80004040; //设置数据寄存器的地址
        printk("test_dev->kbuf [0]  is %d\n",test_dev->kbuf[0]); //打印传入的数据
}
return 0;
}

/**从设备读取数据*/
static ssize_t cdev_test_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{    
    struct device_test *test_dev=(struct device_test *)file->private_data;
    
    if (copy_to_user(buf, test_dev->kbuf, strlen( test_dev->kbuf)) != 0) // copy_to_user:内核空间向用户空间传数据
    {
        printk("copy_to_user error\r\n");
        return -1;
    }

    printk("This is cdev_test_read\r\n");
    return 0;
}

static int cdev_test_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("This is cdev_test_release\r\n");
    return 0;
}

/*设备操作函数*/
struct file_operations cdev_test_fops = {
    .owner = THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    .open = cdev_test_open, //将open字段指向chrdev_open(...)函数
    .read = cdev_test_read, //将open字段指向chrdev_read(...)函数
    .write = cdev_test_write, //将open字段指向chrdev_write(...)函数
    .release = cdev_test_release, //将open字段指向chrdev_release(...)函数
};

static int __init chr_fops_init(void) //驱动入口函数
{
    /*注册字符设备驱动*/
    int ret;
    /*1 创建设备号*/
    ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num, 0, 1, "alloc_name"); //动态分配设备号
    if (ret < 0)
    {
       goto err_chrdev;
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok\n");

    dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号
   dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号

    printk("major is %d \r\n", dev1.major); //打印主设备号
    printk("minor is %d \r\n", dev1.minor); //打印次设备号
     /*2 初始化cdev*/
    dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&dev1.cdev_test, &cdev_test_fops);

    /*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/
   ret =  cdev_add(&dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1);
    if(ret<0)
    {
        goto  err_chr_add;
    }
    /*4 创建类*/
  dev1. class = class_create(THIS_MODULE, "test");
    if(IS_ERR(dev1.class))
    {
        ret=PTR_ERR(dev1.class);
        goto err_class_create;
    }
    /*5  创建设备*/
  dev1.device = device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, "test");
    if(IS_ERR(dev1.device))
    {
        ret=PTR_ERR(dev1.device);
        goto err_device_create;
    }
/*本实验重点*****/
    dev1.vir_gpio_dr=ioremap(GPIO_DR,4);  //将物理地址转化为虚拟地址
    if(IS_ERR(dev1.vir_gpio_dr))
    {
        ret=PTR_ERR(dev1.vir_gpio_dr);  //PTR_ERR()来返回错误代码
        goto err_ioremap;
    }
return 0;

err_ioremap:
        iounmap(dev1.vir_gpio_dr);

 err_device_create:
        class_destroy(dev1.class);                 //删除类

err_class_create:
       cdev_del(&dev1.cdev_test);                 //删除cdev

err_chr_add:
        unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号

err_chrdev:
        return ret;
}

static void __exit chr_fops_exit(void) //驱动出口函数
{
    /*注销字符设备*/
    unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
    cdev_del(&dev1.cdev_test);                 //删除cdev
    device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num);    //删除设备
    class_destroy(dev1.class);                 //删除类
}
module_init(chr_fops_init);
module_exit(chr_fops_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("topeet");

18.3.2 编写测试 APP

本应用程序对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\13\app。

编写测试app,led驱动加载成功之后会生成/dev/test节点，应用程序APP通过操作/dev/test文件来完成对LED设备的控制。向/dev/test文件写入0表示关闭LED灯，写入1表示打开LED灯。编写完成的应用程序app.c代码如下所示：

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

int main(int argc, char *argv[])  
{
    int fd;
    char buf[32] = {0};   
    fd = open("/dev/test", O_RDWR);  //打开led驱动
    if (fd < 0)
    {
        perror("open error \n");
        return fd;
}
 // atoi()将字符串转为整型，这里将第一个参数转化为整型后，存放在 buf[0]中
buf[0] =atoi(argv[1]);  
write(fd,buf,sizeof(buf));  //向/dev/test文件写入数据
    close(fd);     //关闭文件
    return 0;
}

18.4 运行测试

18.4.1编译驱动程序

在上一小节中的file.c代码同一目录下创建 Makefile 文件，Makefile 文件内容如下（图5-4）所示：

export ARCH=arm64#设置平台架构
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉编译器前缀
obj-m += file.o    #此处要和你的驱动源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #这里是你的内核目录                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

对于Makefile的内容注释已在上图添加，保存退出之后，来到存放file.c和Makefile文件目录下，如下图（图18-19）所示：

然后使用命令“make”进行驱动的编译，编译完成如下图（图 18-20）所示：

编译完生成 file.ko目标文件，如下图（图 18-21）所示：

18.4.2 编译应用程序

至此我们的驱动模块就编译成功了，下面进行应用程序编译，因为测试APP是要在开发板上运行的，所以需要aarch64-linux-gnu-gcc来编译，输入以下命令，编译完成以后会生成一个app的可执行程序，如下图（图 18-21）所示：

aarch64-linux-gnu-gcc app.c -o app

下面进行驱动程序的测试。

18.4.3 运行测试

驱动模块file.ko和测试程序app都已经准备好了，接下来就是运行测试。

输入以下命令加载驱动程序，如下（图 18-22）所示：

insmod file.ko

然后运行测试程序，输入“./app 1”，LED灯点亮，如下图（图 18-24）所示：

输入“./app 0”,LED灯熄灭，如下图（图 18-26）所示：