[置顶] 在pcduino开发板上写驱动控制板载LED的闪烁
由于关于pcduino的资料比较少，所以这篇文章是参考了pcduino爱好者论坛的一篇教程《手把手教你用A10点灯》，并且系统的结合了linux驱动的开发步骤。读完这篇文章，你不但可以对pcduino开发板的硬件结构有所了解，更重要的是可以对linux的驱动开发步骤有一个系统的认识。我也是一个linux驱动的新手，所以，写的不对的地方，请大家指正。
1.Linux驱动框架
这一部分将会手把手教你创建一个Linux的驱动程序框架，在下一部分，我们只需要将控制pcduino硬件部分的代码填入这个框架就可以了。像所有的应用程序都有一个main函数作为函数的入口一样，linux驱动程序的入口是驱动的初始化函数。这个初始化函数是 module_init 来指定的，同样，与初始化函数对应的驱动程序的退出函数是由 module_exit函数来指定的。下面就让我们动手写第一个版本的驱动程序吧。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
static int __init led_init(void)
{
printk("led init\n");
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
将上面代码保存为 led.c，接下来就要编写Makefile文件对刚刚编写的驱动程序进行编译了。新建Makefile文件，在里面输入：
obj-m := led.o all: make -C /usr/src/linux-headers-3.8.0-35-generic/ M=/home/asus/drive/ clean: rm *.o rm *.ko rm *.order rm *.symvers rm *.mod.c
注意，Makefile 中的第三行，-C 后面的参数为你当前使用的内核的头文件所在的目录，你只需要修改为 "/usr/src/linux-headers-你的内核版本/" 即可，如果你不知道，当前使用的内核版本，可以输入：
uname -r
来进行查看。M 后面表示你的驱动所在的目录。改好之后保存，注意，这个文件的名字一定得是 "Makefile" 才行，make 和 rm命令前面一定是一个TAB符才行。输入命令：
make
进行编译，完成之后，使用ls查看，可以看到得到的文件如下：
built-in.o led.c led.ko led.mod.c led.mod.o led.o Makefile modules.order Module.symvers
这里面的 led.ko 是我们得到的驱动文件，使用：
sudo insmod led.ko
安装驱动。使用
dmesg
命令，会看到最后一行输出的是 “led init” ，这句话就是在 led_init 函数中输出的。使用命令：
sudo rmmod led.ko
来卸载 led 驱动。再使用： dmesg 命令，会发现，最后一行为 “led exit”。
上面写的这个驱动程序是没有什么作用的，在linux中，应用程序是通过设备文件来和驱动程序进行交互的。所以我们需要在驱动程序中建立设备文件，这个设备文件建立之后，就会存在于 /dev/ 目录下，应用程序就是通过对这个文件的读写，来向驱动程序发送命令，并通过驱动程序控制硬件的动作。每一个驱动程序对应着一个设备文件。要建立一个设备文件，首先必须拥有设备号才行，这个设备号就需要我们向linux系统提出申请，由linux系统为我们分配。设备号有主设备号和从设备号之分，主设备号使用来表示驱动的类型，从设备号表示使用同一个驱动的设备的编号，这里要申请的就是主设备号。使用 alloc_chrdev_region 函数来申请一个设备号。设备号的类型为 dev_t ，它是一个 32 位的数，其中 12 位用来表示主设备号，另外 20 位用来表示从设备号。可以使用 MAJOR 宏和 MINOR 宏来直接获取主设备号和从设备号。我们第二个版本的程序如下：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功，打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
这个程序申请了一个设备号，并且打印出来，同样使用 dmesg 命令来查看，程序的注释已经很详细了，就不再多解释了。 保存之后，编译，安装新的驱动程序。在安装新的驱动程序之前，需要使用命令 sudo rmmod led.ko 将之前安装的驱动程序卸载，使用 dmesg 命令查看输出的结果：
[ 384.225850] led init [ 384.225854] major number : 250
还可以使用命令 cat /proc/devices | grep ‘led’ 查看获得的设备号。
设备号申请完毕后，就可以在 /dev/ 目录下创建设备文件了。需要了解的是设备在内存中，使用结构体 cdev 来表示，并且将我们申请的设备号，以及对文件操作的回调函数，统统的关联起来。最后使用这个结构体，用函数 class_create 和 device_create 来创建一个设备文件。说了一下基本思路，还是先看程序吧：#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//三个回调函数，当在应用程序执行相应的操作时
//驱动程序会调用相应的函数来进行处理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//设备在内存中表示的结构体
static struct cdev* cdevp;
//注册文件操作的回调函数的结构体
static struct file_operations fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
//注册相应的回调函数
.open = led_open,
.release = led_release,
.write = led_write,
};
//用来创建设备文件的class
static struct class* classp;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功，打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
//给cdev结构体在内存中分配空间
cdevp = cdev_alloc();
//如果分配失败
if( cdevp==NULL )
{
printk("cdev alloc failure\n");
//注销前面申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//将cdev结构体与
//注册文件操作的回调函数的结构体file_operations关联起来
cdev_init(cdevp,&fops);
//将cdev结构体和申请的设备号关联起来
err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
if(err)
{
printk("cdev add failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return err;
}
//给class分配空间
classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
if( classp==NULL )
{
printk("class create failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//创建设备文件
device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//释放分配的class空间
if( classp )
{
device_destroy(classp,dev_number);
class_destroy(classp);
}
//释放分配的cdev空间
if( cdevp )
{
cdev_del(cdevp);
}
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
//当在应用程序中执行 open 函数时，
//会调用下面的这个函数
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led open\n");
return 0;
}
//当在应用程序中执行 close 函数时，
//会调用下面的函数
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led release\n");
return 0;
}
//当在应用程序中调用 write 函数时，
//会调用下面的这个函数
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
printk("led write");
return 0;
}
//指定采用的协议
MODULE_LICENSE("GPL");
最后一行是指定采用的协议，一定得写上，否则会造成虽然编译通过，但是在安装时，会出现
insmod: error inserting 'led.ko': -1 Unknown symbol in module这个错误。编译，安装好，之后，我们就可以在 /dev/ 目录下找到 led 文件，使用命令：
ls -l /dev/led
结果如下：
crw------- 1 root root 250, 0 Dec 26 10:52 /dev/led
至此我们的linux设备驱动框架，已经完全建立起来了。接下来要做的工作，就是对 pcduino 开发板进行编程了。
2.对 pcduino 进行编程，控制 LED 闪烁
所使用的开发板是pcduino开发板，如下图：
![[置顶] 在pcduino开发板上写驱动控制板载LED的闪烁_第1张图片](http://img.e-com-net.com/image/info5/2ee455a6899847849535b3b7c1dff85c.jpg)
这是一款开源硬件，采用的是cortex-A8的核心，板上可以安装ubuntu，android系统，我们使用的板子已经安装了 ubuntu 系统，通过 HDMI转VGA 线连接屏幕，并且通过usb接口，连接键盘和鼠标，直接在其自带的ubuntu系统上，编写驱动并运行。我们仔细的查看板子，会发现板上一共带有 3 个led灯，分别是 RX_LED，TX_LED，ON_LED，分别用来指示接收，发送和电源的状态。这里我们只控制 TX_LED 灯进行闪烁。查看 pcduino 的硬件原理图，查找 TX_LED 的连接位置，如下图：
会看到第三行 TX_LED 连接到 CPU 的PH15引脚，并且 L 即低电平时为激活状态，H 高电平时，为熄灭状态。得到这个信息说明，我们只需要控制 CPU 的引脚 PH15 的状态，就可以控制 TX_LED 的状态了。
所以接下来就需要我们去查看 A10 的芯片手册，来看一看到底怎么控制 PH15 这个引脚。
![[置顶] 在pcduino开发板上写驱动控制板载LED的闪烁_第2张图片](http://img.e-com-net.com/image/info5/1864e51dd5444bc596c98157340f6acc.jpg)
可以看到 A10 芯片的引脚有很多，而我们只关注 PH，因为我们要控制的就是 PH15 这个引脚。这里需要的一个概念就是，对一个引脚的控制至少需要有两个寄存器，一个是控制寄存器，一个是数据寄存器。控制寄存器用来控制引脚的工作模式，比如输出或者输入；数据寄存器用来向引脚输出数据或者从引脚读入数据。所以我们要先查看一下 PH15 的配置寄存器，如下图：
![[置顶] 在pcduino开发板上写驱动控制板载LED的闪烁_第3张图片](http://img.e-com-net.com/image/info5/9d0cd68fc80b4f00a90d82b63a5ce7e6.jpg)
我们发现 PH15 控制寄存器一共有3位28-30，共有 8 种工作模式，由于要控制 led 的状态，我们将它设置为输出模式，所以 PH15 控制寄存器的内容应该为 001。那么这个寄存器在哪个位置呢，在表上有 Offset：0x100 我们知道，PH寄存器的偏移地址是 0x100，但是基地址是多少呢。再往前面查阅就会发现
所以基地址就是 0x01C20800。基地址和偏移地址都有了，我们就可以定位 PH_CFG1 寄存器的地址就是（0x01C20800+0x100）,我们只需要将这个寄存器的第28-30位置为：
30 29 28 0 0 1
就可以了。
当控制寄存器配置完成之后，我们就需要向数据寄存器写入数据来控制 led 的闪烁。我们同样查看芯片手册：
![[置顶] 在pcduino开发板上写驱动控制板载LED的闪烁_第4张图片](http://img.e-com-net.com/image/info5/d594b708d4af455bbb090593e88c9fb4.jpg)
可以看到，PH的数据寄存器用每一位来表示一个引脚的状态。我们要控制 PH15 引脚，就需要对这个寄存器的第15位进行操作。所以，接下来就是，开始动手向驱动框架中添加对硬件操作的时候：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//定义与硬件相关的宏
//基地址
#define BASE_ADDRESS 0x01C20800
//PH_CFG1寄存器的地址
#define PH_CFG1 (BASE_ADDRESS+0x100)
//PH_DAT寄存器的地址
#define PH_DAT (BASE_ADDRESS+0x10C)
//三个回调函数，当在应用程序执行相应的操作时
//驱动程序会调用相应的函数来进行处理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//设备在内存中表示的结构体
static struct cdev* cdevp;
//注册文件操作的回调函数的结构体
static struct file_operations fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
//注册相应的回调函数
.open = led_open,
.release = led_release,
.write = led_write,
};
//用来创建设备文件的class
static struct class* classp;
//声明用来表示PH_CFG1内存地址的变量
volatile static unsigned long* __ph_cfg1;
//用来表示PH_DAT内存地址的变量
volatile static unsigned long* __ph_dat;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功，打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
//给cdev结构体在内存中分配空间
cdevp = cdev_alloc();
//如果分配失败
if( cdevp==NULL )
{
printk("cdev alloc failure\n");
//注销前面申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//将cdev结构体与
//注册文件操作的回调函数的结构体file_operations关联起来
cdev_init(cdevp,&fops);
//将cdev结构体和申请的设备号关联起来
err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
if(err)
{
printk("cdev add failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return err;
}
//给class分配空间
classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
if( classp==NULL )
{
printk("class create failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//创建设备文件
device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//释放分配的class空间
if( classp )
{
device_destroy(classp,dev_number);
class_destroy(classp);
}
//释放分配的cdev空间
if( cdevp )
{
cdev_del(cdevp);
}
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
//当在应用程序中执行 open 函数时，
//会调用下面的这个函数
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
//临时变量
unsigned long tmp;
printk("led open\n");
//将PH15管脚设置为输出状态
//将PH_CFG1这个硬件寄存器的地址，映射到linux内存，并获取映射后的地址
//通过对这个地址的操作，就可以控制PH_CFG1
__ph_cfg1 = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_CFG1,4);
//将设置PH15寄存器
tmp = *__ph_cfg1;
tmp &= ~(0xf<<28);
tmp |= (1<<28);
*__ph_cfg1 = tmp;
//将灯初始化为熄灭的状态
__ph_dat = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_DAT,4);
tmp = *__ph_dat;
tmp |= (1<<15);
*__ph_dat = tmp;
return 0;
}
//当在应用程序中执行 close 函数时，
//会调用下面的函数
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led release\n");
//注销分配的内存地址
iounmap(__ph_dat);
iounmap(__ph_cfg1);
return 0;
}
//当在应用程序中调用 write 函数时，
//会调用下面的这个函数
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
int val;
volatile unsigned long tmp;
printk("led write\n");
//从用户空间读取数据
copy_from_user(&val,buf,count);
printk("write %d\n",val);
//从应用程序读取命令
//来控制led灯
tmp = *__ph_dat;
if( val==1 )
{
//灯亮
tmp &= ~(1<<15);
}
else
{
//灯灭
tmp |= (1<<15);
}
*__ph_dat = tmp;
return 0;
}
MODULE_LICENSE("GPL");
上面的是完整的控制pcduino上led闪烁的驱动程序，写完这个驱动程序之后，再写一个下面的测试程序就可以使 led 闪烁了，测试的代码如下：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int fd;
int val = 1;
//打开驱动对应的设备文件
fd = open("/dev/led",O_RDWR);
if( fd<0 )
{
printf("open /dev/led error\n");
return -1;
}
while(1)
{
//写入高电平
write(fd,&val,sizeof(int));
//睡眠一秒
sleep(1);
//将电平反转
val = 0;
//写入低电平
write(fd,&val,sizeof(int));
//睡眠一秒
sleep(1);
val = 1;
}
close(fd);
return 0;
}
使用 gcc testled.c 将该应用程序编译，假设生成a.out，安装新版的驱动程序后，使用
sudo ./a.out
就可以看到 pcduino 上的 led 就开始闪烁了。