【Linux笔记】图文并茂!设备树基础知识,看这一篇实例分析就够了!

前言

我们可以从LED程序中榨取很多知识:基本的驱动框架、驱动的简单分层、驱动的分层+分离思想、总线设备驱动模型、设备树等。这大多都是结合韦老师的教程学的。

这篇笔记结合第6个demo(基于设备树)来学习、分析:

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框图

下面是LED程序的几个层次结构图:

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注意:层与层之间的箭头指向是相对的,从哪指向哪看你怎么理解。比如有两个函数:函数A和函数B,我们可以说函数A调用函数B,也可以说函数B被函数A调用。

本篇笔记基于第⑤个图来分析。

体验设备树

我们先来体验一下使用设备树描述引脚信息的方式来点灯。以百问网开发板为例,修改内核目录Linux-4.9.88/arch/arm/boot/dts下的100ask_imx6ull-14x14.dts(百问科技开发板出厂带的设备树文件)。

把出厂带的设备树文件的led相关节点给屏蔽掉,然后添加如下节点信息至根节点:

#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))
100ask_led@0 {
    compatible = "100as,leddrv";
    pin = <GROUP_PIN(5, 3)>;
};

修改后的设备树文件内容如:

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在内核根目录下使用如下命令编译设备树源文件:

make dtbs V=1

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然后把设备树文件与可加载的led驱动模块、led应用程序上传到板子里:
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上传成功的文件如下:
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运行测试:
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实验过程分析

这个实验的led驱动同样依赖的是总线设备驱动模型,我们在【Linux笔记】总线设备驱动模型中也有提到描述设备有两种方法:一种是直接用platform_device结构体来指定,另一种是用设备树来指定。在本次实验中我们就是用设备树来描述设备。

之前我们用platform_device结构体来指定设备信息时,platform_driver是直接从platform_device结构体里拿资源的,如:
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现在我们用设备树来指定设备信息时,platform_driver是如何获取相关资源的呢?大致过程如下:
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这里我们还需要注意的一点是:并不是所有的设备树节点都可以转换为platform_device。下面看看几条规则:

  • 根节点下含有 compatile 属性的子节点能转换为platform_device
  • 含有特定 compatile 属性(它的值是 “simple-bus”,“simplemfd”,“isa”,“arm,amba-bus” 四者之一)的节点的子节点能转换为platform_device
  • I2C、 SPI 总线节点下的子节点 不不不能转换为platform_device,这些总线下的子节点, 应该交给对应的总线驱动程序来处理。

下面看一个例子:
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接下来,我们简单来看一下platform_device与platform_driver匹配的函数:
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这里有几种匹配方式,其它几种匹配方式在之前的笔记【Linux笔记】总线设备驱动模型中也有简单地分析过。这里,我们来看第二种匹配方式(使用设备树时的匹配方式)。下面看看具体如何匹配:
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其中过程①优先匹配,其次是过程②,最后是过程③。但是,实际上现在主要使用的是过程①的匹配,即匹配compatible属性。过程②与过程③已经过时了,Linux内核不推荐使用这两种匹配方法。这一点我们在上一篇的笔记【Linux笔记】设备树基础知识中也有简单提到。

在本次实验中,我们的匹配示意图如下:
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实验代码

代码大多与之前的【Linux笔记】LED驱动(总线设备驱动模型)中的代码一样,这里也来简单看一下。

1、应用程序ledtest.c:

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char status;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc != 3) 
	{
		printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	/* 3. 写文件 */
	if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
	{
		status = 1;
		write(fd, &status, 1);
	}
	else
	{
		status = 0;
		write(fd, &status, 1);
	}
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

运行测试命令:

./ledtest /dev/100ask_led0 on
./ledtest /dev/100ask_led0 off

int main(int argc, char **argv)形式的main函数相关笔记:main函数的几种形式

2、驱动层leddrv.c

这一层主要是放一些通用的驱动操作函数,核心代码如:

驱动程序入口函数:
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open、write函数:
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其它代码:
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其中led的操作结构体如下:
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3、硬件层:chip_demo_gpio.c

这一层主要是一些寄存器相关的操作,及platform_driver相关。与上一个实验代码不同的部分就是这个文件。

(1)驱动初始化函数:
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(2)probe函数:

当设备树的compatible属性与platform_driver中的设备匹配表中的compatible成员互相匹配时会执行此函数获取设备信息。
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这里的pin属性与compatible属性(标准属性)类别不同,pin属性是个自定义属性。我们可以使用of_property_read_u32函数来获取这些自定义属性的内容。

与设备树相关的读取函数我们在上一篇笔记【Linux笔记】设备树基础知识中也有详细介绍。这些函数大多在文件 include/linux/of.h 中可以找到:
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(3)led寄存器操作相关的代码:

/* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE				(0X020C406C)	
#define SW_MUX_GPIO5_IO03_BASE		(0X02290014)
#define GPIO5_DR_BASE				(0X020AC000)
#define GPIO5_GDIR_BASE				(0X020AC004)

/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO5_IO03;
static void __iomem *GPIO5_DR;
static void __iomem *GPIO5_GDIR;

/* 初始化LED, which-哪个LED */    
static int board_demo_led_init (int which)    
{   
	int group, pin;
	unsigned int val;

	group = GROUP(g_ledpins[which]);
	pin = PIN(g_ledpins[which]);
	printk("init gpio: group %d, pin %d\n", group, pin);

	/* 100ask_IMX6uLL_Board LED:GPIO5_3 */
	if ((5 == group) && (3 == pin))
	{
		/* 相关寄存器物理地址与虚拟地址之间的映射 */
		/* 1、地址映射:时钟寄存器 */
		CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);		
		/* 2、地址映射:模式寄存器 */	
		SW_MUX_GPIO5_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO5_IO03_BASE, 4); 
		/* 3、地址映射:数据寄存器 */
		GPIO5_DR = ioremap(GPIO5_DR_BASE, 4);	
		/* 地址映射:方向寄存器 */
		GPIO5_GDIR = ioremap(GPIO5_GDIR_BASE, 4);

		/* 使能GPIO5时钟 */
		val = readl(CCM_CCGR1); /* 读出当前CCM_CCGR1配置值 */
		val &= ~(3 << 30);		/* 清除以前的设置 */
		val |= (3 << 30);		/* 设置新值 */
		writel(val, CCM_CCGR1);

		/* 设置GPIO5_IO03的为IO模式 */
		writel(5, SW_MUX_GPIO5_IO03);
		
		/* 设置GPIO5_IO03方向为输出 */
		val = readl(GPIO5_GDIR); 
		val &= ~(1 << 3);		 
		val |= (1 << 3);		 
		writel(val, GPIO5_GDIR);
	}
	else
	{
		printk("This is not 100ask_IMX6ULL_Board!\n");
	}
	
	return 0;
}

/* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
static int board_demo_led_ctl (int which, char status) 
{
	int group, pin;
	unsigned int val;

	group = GROUP(g_ledpins[which]);
	pin = PIN(g_ledpins[which]);
	printk("init gpio: group %d, pin %d\n", group, pin);

	/* 100ask_IMX6uLL_Board LED:GPIO5_3 */
	if ((5 == group) && (3 == pin))
	{
		/* 点灯 */
		if (1 == status)
		{
			printk("<<<<<<<<led on>>>>>>>>>>\n");
			val = readl(GPIO5_DR);
			val &= ~(1 << 3);	
			writel(val, GPIO5_DR);
		}
		/* 灭灯 */
		else if (0 == status)
		{
			printk("<<<<<<<<led off>>>>>>>>>>\n");
			val = readl(GPIO5_DR);
			val|= (1 << 3);	
			writel(val, GPIO5_DR);
		}
		else{}
	}
	else
	{
		printk("This is not 100ask_IMX6ULL_Board!\n");
	}
	
	return 0;
}

4、Makefile文件

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运行测试

这在文章开头的体验设备树一节中也有演示测试结果:
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同时,在目录/sys/firmware/devicetree/base下,我们可以查看设备树节点:
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可以看到,我们创建的设备树节点100ask_led@0也在该目录下。100ask_led@0节点本身就是一个文件夹,可以使用cd命令进入该文件夹查看该节点的属性信息:
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属性值是字符串时,用 cat 命令可以打印出来;属性值是数值时,用 hexdump 命令可以打印出来。

以上就是本次的实验分享。如有错误,欢迎指出!谢谢

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