linux 驱动开发之平台设备驱动设备树 led字符驱动的开发(详细注释)

我们来开始我们Linux下第一个platform设备的开发,通过linux 应用程序来控制开发板上的一个gpio led灯的亮灭.
首先介绍一下平台总线设备的开发过程,linux中采用了设备和驱动分离的思想,通过总线将设备和驱动匹配,所以这里涉及三个概念:总线(bus),设备(device)和驱动(driver),总线就像是红娘月老,做设备和驱动匹配的工作,比起其他内核中的总线比如i2c,spi,usb,在这里platform是个虚拟的总线.

因为分为驱动代码和应用代码,
我们先写驱动层代码吧:

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/mach/map.h>

struct led_data {//led设备属性
    int major;//主设备号
    int minor;//次设备号
    dev_t devid;//设备id
    struct cdev cdev;//字符设备
    struct class *class;//设备类
    struct device *device;//设备
    struct device_node *node;//设备节点
    int pin;
};

static struct led_data led;//声明一个驱动实例

static int led_open(struct inode *inode, struct file *file){//驱动层打开文件
    file->private_data = &led;//将led实例保存为私有数据
    return 0;
}
static ssize_t  led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *lof){
    char data[2];//两个字节的buffer
    int res = 0;
   res = copy_from_user(data , buf ,size);//从用户空间拷贝过来buffer
   if(res<0){
       printk("kernel write err\n");
       return -EFAULT;
   }else{
       printk("copy_from_user is ok, buf = %d\n",data[0]);
   }
    if(data[0]==1){//如果用户程序写1则灯亮起来,否则灭
        gpio_set_value(led.pin,1);
    }else if(data[0]==0){
        gpio_set_value(led.pin,0);
    }
    return 0;
}

static int  led_release(struct inode *inode, struct file *file){
    return 0;//啥也不做,可以不用声明这个函数
}

static const struct file_operations  led_ops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open,//注册文件控制函数
    .write = led_write,
    .release = led_release,
};

    
static const struct of_device_id	led_of_match[] = {
    {.compatible = "myz-led"},//通过compatible属性来匹配设备树的gpio-led
    { },
};

static int led_probe(struct platform_device *pdev){//当设备和驱动匹配成功就会执行probe函数
        alloc_chrdev_region(&led.devid,0,1,"led-myz");//申请字符设备
        led.major = MAJOR(led.devid);//生成主设备号
        cdev_init(&led.cdev,&led_ops);//初始化字符设备并注册文件操作结构体
        cdev_add(&led.cdev,led.devid,1);//添加一个字符设备
        led.class=class_create(THIS_MODULE,"led-myz");//产生类
        if(IS_ERR(led.class)){
            return PTR_ERR(led.class);
        }
        led.device = device_create(led.class,NULL,led.devid,NULL,"led-myz");//生成设备
       if(IS_ERR(led.device)){
            return PTR_ERR(led.device);
        }

        led.node = of_find_node_by_path("/gpioled");//通过设备树路径找到gpio的节点
        if(led.node == NULL){
            printk("gpioled node is not find\n");
            return -EINVAL;
        }else{
            printk("gpioled node is  find\n");
        }
        led.pin = of_get_named_gpio(led.node,"led-gpio",0);//通过节点下的gpio名字获取gpio引脚
        if(led.pin<0){
            printk("led-pin is not find \n");
            return -EINVAL;
        }else{
            printk("led-pin is find \n");
        }
        gpio_request(led.pin,"led0");//申请gpio
        gpio_direction_output(led.pin,1);//设置gpio 为输出
        printk("led- probe over \n");
        return 0;
}

static int led_remove(struct platform_device *pdev){//当驱动注销时就会执行remove函数
        gpio_set_value(led.pin,0);//设置引脚为低
        cdev_del(&led.cdev);//字符设备删除
        unregister_chrdev_region(led.devid,1);//注销led驱动
        device_destroy(led.class,led.devid);//摧毁类
        class_destroy(led.class);//摧毁驱动
        return 0;
}

static struct platform_driver led_driver ={
    .probe = led_probe,//注册probe和remove函数
    .remove = led_remove,
    .driver = {
        .name =  "led",
        .of_match_table = led_of_match,//注册of_match结构体
    },
};

static int __init led_init(void){
    return platform_driver_register(&led_driver);//注册platform驱动
}

static void __exit led_exit(void){
    platform_driver_unregister(&led_driver);//注销platform驱动
}

module_init(led_init);//insmod的时候会调用这个函数
module_exit(led_exit);//rmmod的时候会调用这个函数

MODULE_LICENSE("GPL");//驱动协议必不可少

在设备树文件xxx.dts中的设备树根目录中添加

	gpioled {
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		compatible = "myz-led";
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
		led-gpio = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		status = "okay";
	 };

在linux内核根目录下执行

make dtbs

生成xxx.dtb文件,重启开发板系统加载xxx.dtb文件到内核中

然后编写应用层代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc,char *argv[]){
    char *filename;
    int fd ,res;
    char data[2]={0};
    if(argc != 3){
        printf("err usage\n");
        return -1 ;
    }
    filename = argv[1];
    fd = open(filename,O_RDWR);
    if(fd<0){
        printf("%s open failed\n",filename);
        return -1;
    }

    data[0] = atoi(argv[2]);
    res = write(fd,data,sizeof(data));
    if(res<0){
        printf("file %s write err\n",filename);
        close(fd);
        return -1;
    }
    res = close(fd);
    if(res<0){
        printf("file %s close err\n",filename);
        return -1;
    }
}

接着写一个简单的makefile用来编译这两个代码

KERNELDIR 		:=/home/mayunzhi/linux/Linux-4.9.88
CURRENT_PATH 	:=$(shell pwd)
ARM-CC			:=arm-linux-gnueabihf-gcc

APP				:=app
DRV				:=led
obj-m 			:=$(DRV).o


build:kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	rm -f ./app
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
	
app:
	$(ARM-CC) $(APP).c -o $(APP)

mv:
	mv ./app *.ko 	/home/mayunzhi/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15-2.1.0+g30278ab/

首先执行make编译驱动生成led.ko

然后执行make app 生成app可执行文件

再通过make mv 将ko文件和app文件移动到开发板nfs文件系统中,从开发版的终端进入饱含着两个文件的文件夹,执行

insmod led.ko

查看led驱动

lsmod

接着运行app程序,用法如下:

#开灯
./app /dev/led-myz 1 
#开发板上的灯亮了起来
#关灯
./app /dev/led-myz 0
#开发板上的灯灭了

最后卸载驱动命令如下;

rmmod led.ko