目次
6.4.2 エクスポート、方向の設定、値の読み取りおよび書き込み
7 ファインマン学習法: そこで、gpio サブシステムを説明する学習ビデオを録画しました。
1 はじめに
特定のピンを使用して LED ライトのオン/オフを制御する場合、一般的に、クロックを有効にし、次にピンを GPIO 機能として構成し、次に電気的特性を構成し、次に GPIO を出力として構成し、最後に、出力レベルに従って GPIO を制御します。GPIO の方向とレベルは GPIO サブシステムによって構成されます。
2 レベルの GPIO サブシステム
上の図は gpio サブシステムの階層構造図です。他のドライバーでは、関数 gpiod_set_value を直接使用してピンの値を設定できます。この関数は gpio ライブラリで定義されています。gpio ライブラリは、gpio サブシステム間のリンクとして機能します。前と次の関数、そして gpiod_set_value 関数が最後にチップ->set(chip, gpio_chip_hwgpio(desc), value) 関数を呼び出します. ここでのチップは、gpio ドライバーに登録されている構造体です. この構造体には、いくつかの gpio のペアが含まれています操作機能。
3 gpio サブシステム ドライバー プロセス
上の図は、Linux カーネル ソース コードに基づいて作成した GPIO ドライバー フローチャートです。デバイス ツリーの gpio コントローラー ノードで互換性のあるものは fsl、imx35-gpio であり、カーネル ソース コードを検索して一致するものを見つけます。 mxc_gpio_driver の場合、デバイスとドライバーが一致すると、ドライバー内のプローブ関数が呼び出されます (ここでは mxc_gpio_probe 関数です)。この mxc_gpio_probe 関数では、次の 3 つのタスクが実際に実行されます。
- 割り当て構造
- 構造をセットアップする
- レジスタ構造
mxc_gpio_probe 関数の具体的な動作: まず、mxc_gpio_get_hw 関数が呼び出され、gpio レジスタ グループのオフセット アドレスを取得します。次に、platform_get_resource 関数が使用されます。この platform_get_resource 関数は、gpio レジスタのベース アドレスを取得し、その後、 devm_kzalloc を呼び出して割り当てます。 mxc_gpio_port 構造体を取得し、
struct mxc_gpio_port {
struct list_head node;
struct clk *clk;
void __iomem *base;
int irq;
int irq_high;
struct irq_domain *domain;
struct gpio_chip gc;
u32 both_edges;
int saved_reg[6];
bool gpio_ranges;
};この mxc_gpio_port 構造体には、重要な gpio_chip 構造体のメンバーがあります。
struct gpio_chip {
const char *label;
struct gpio_device *gpiodev;
struct device *parent;
struct module *owner;
...省略一些...
int (*direction_input)(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset);
int (*direction_output)(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset, int value);
int (*get)(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset);
void (*set)(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset, int value);
...省略一些...
enum single_ended_mode mode);
int (*to_irq)(struct gpio_chip *chip,
unsigned offset);
void (*dbg_show)(struct seq_file *s,
struct gpio_chip *chip);
...省略一些...
};この gpio_chip にはさまざまな演算機能が含まれています。
次に、プローブ関数で次の関数が呼び出されます。
err = bgpio_init(&port->gc, &pdev->dev, 4,
port->base + GPIO_PSR,
port->base + GPIO_DR, NULL,
port->base + GPIO_GDIR, NULL,
BGPIOF_READ_OUTPUT_REG_SET);
这里的参数
port->base + GPIO_PSR,
port->base + GPIO_DR,
port->base + GPIO_GDIR,
就是寄存器地址
设置完结构体之后，这个结构体里面有寄存器值也有操作函数。この bgpio_init 関数では主に以下の 3 つの関数が呼び出されます。
bgpio_setup_io(gc, dat, set, clr, flags);
bgpio_setup_accessors(dev, gc, flags & BGPIOF_BIG_ENDIAN,
flags & BGPIOF_BIG_ENDIAN_BYTE_ORDER);
bgpio_setup_direction(gc, dirout, dirin, flags);そして、これら 3 つの機能には gpio のさまざまな操作機能が含まれます。次に、 err = devm_gpiochip_add_data(&pdev->dev, &port->gc, port); 関数が呼び出され、この関数内で gpio_device 構造体が割り当てられ、gpio_device 構造体のチップ メンバーは、以前に割り当てられ設定された gpio_chip 構造体になります。
4 gpio サブシステムの漢方薬データ構造
前に述べたように、gpio_chip 構造体を登録するための設定を割り当てる必要があり、次に gpiochip_add_data(chip, data); 関数を使用して gpio_device 構造体を登録し、この gpio_device 構造体には gpio_chip 構造体が含まれ、次にこの gpio_device 構造体が含まれます。チップ メンバーに加えて、ピンを表すために使用される descs メンバーもあります。各ピンには descs 構造体があり、descs 構造体には gdev メンバーがあります。この gdev に基づいてピンを見つけることができます。 member. ピンがどの GPIO コントローラーに属しているか。
5 gpio サブシステム関数呼び出しの詳細
上の図は、gpio サブシステムの関数呼び出しの具体的な詳細を示しています。gpio コントローラーの 1 つは gpio_device 構造体に対応しており、その後、
- 基本メンバーは、この gpio コントローラーのピンの開始番号です。
- ngpio はピンの数です。
- descs メンバーは構造体配列であり、その中の各項目はピンを表す gpio_desc 構造体です。
次に、デバイス ツリーに 1 つを追加します
myled{
compatible = "cumtchw"
led-gpios = <&gpio1 10 GPIO_ACTIVE_LOW>
};次に、led_gpio = gpiod_get(&pdev->dev, "led", 0); 関数を呼び出すと、led-gpios = <&gpio1 10 GPIO_ACTIVE_LOW> に従って、gpio1 コントローラーの 10 番目の項目を取得できます。 descs 配列の 10 番目の項目をポイントすると、descs はこのピンに対応するコントローラーを実際に見つけることができ、gpiod_set_value(led_gpio, status); この関数を使用してピンを設定すると、制御チップが見つかります。 >set(chip, gpio_chip_hwgpio(desc), value) をコントローラー内で; この関数の 2 番目のパラメーターは、コントローラーのどのピンが設定されているかを参照します。ここでの 2 番目のパラメーターは次のように取得されます。
static int __maybe_unused gpio_chip_hwgpio(const struct gpio_desc *desc)
{
return desc - &desc->gdev->descs[0];
} 这里就是106 GPIO サブシステムの sysfs インターフェイス
ドライバーは「drivers\gpio\gpiolib-sysfs.c」です。
6.1 どのような gpio コントローラーがありますか?
すべての GPIO コントローラーは /sys/bus/gpio/devices ディレクトリにリストされています。
6.2 各GPIOコントローラーの詳細
/sys/class/gpio/gpiochipXXX` の下に、次の情報があります。
Base // この GPIO コントローラーデバイス の GPIO 番号
label // 名前
ngpio // ピンの数
電源
サブシステム
uevent
6.3 GPIO の使用状況を確認する
cat /sys/kernel/debug/gpio
6.4 SYSFS 経由での GPIO の使用
単純な端子制御（出力、入力値のクエリなど）だけであればドライバを記述する必要はありません。
ただし、割り込みが関係する場合は、ドライバーを作成する必要があります。
6.4.1 GPIO 番号の決定
各 `/sys/class/gpio/gpiochipXXX` ディレクトリのラベルを調べて、それが使用したい GPIO コントローラー (GPIO バンクとも呼ばれます) であることを確認します。
gpiochipXXX という名前から、基本値が XXX であることがわかります。
ベース値にピン オフセットを加えたものがピンの番号になります。
6.4.2 エクスポート、方向の設定、値の読み取りおよび書き込み
echo 509 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio509/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio509/value
echo 509 > /sys/class/gpio/unexportecho 509 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio509/direction
cat /sys/class/gpio/gpio509/value
echo 509 > /sys/class/gpio/unexport
7 ファインマン学習法: そこで、gpio サブシステムを説明する学習ビデオを録画しました。
pinctrl サブシステムおよび gpio サブシステムに基づく 8 LED ドライバー
8.1 回路図を確認してピンを決定する
回路図からわかるように、GPIO5_3にLEDが接続されており、ピンがLowレベルを出力するとLEDが点灯します。
8.2 デバイスツリーファイルの変更
8.2.1 デバイスツリーへの pinctrl 情報の追加
ここでは、imx6ull が提供する Pins_Tool_for_i.MX_Processors_v6_x64.exe ツールを使用して、ピンを構成し、pinctrl ノード情報を生成します。Pins_Tool_for_i.MX_Processors_v6_x64.exe をインストールし、IMX6ULL 構成ファイル「MCIMX6Y2xxx08.mex」を開き、その中で gpio5_3 を見つけると、ツールが構成情報を自動的に生成します。
fsl,pins = <
MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03 0x000110A0
>;この構成情報をデバイス ツリー ファイルに記述し、
pinctrl_leds: ledgrp {
fsl,pins = <
MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03 0x000110A0
>;
};8.2.2 デバイスへの LED ノード情報の追加
myled {
compatible = "cumtchw,leddrv";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_leds>;
led-gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};上記のノード情報をデバイス ツリーのルート ノードの下に追加します。ここで、cumtchw は私の名前です。
8.3 コードの記述
8.3.1 ドライバーleddrv.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
/* 1. 确定主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
static struct gpio_desc *led_gpio;
/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
char status;
//struct inode *inode = file_inode(file);
//int minor = iminor(inode);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = copy_from_user(&status, buf, 1);
/* 根据次设备号和status控制LED */
gpiod_set_value(led_gpio, status);
return 1;
}
static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
//int minor = iminor(node);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 根据次设备号初始化LED */
gpiod_direction_output(led_gpio, 0);
return 0;
}
static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations led_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_drv_open,
.read = led_drv_read,
.write = led_drv_write,
.release = led_drv_close,
};
/* 4. 从platform_device获得GPIO
* 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序
*/
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 4.1 设备树中定义有: led-gpios=<...>; */
led_gpio = gpiod_get(&pdev->dev, "led", 0);
if (IS_ERR(led_gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get GPIO for led\n");
return PTR_ERR(led_gpio);
}
/* 4.2 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "cumtchw_led", &led_drv); /* /dev/led */
led_class = class_create(THIS_MODULE, "cumtchw_led_class");
if (IS_ERR(led_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "led");
gpiod_put(led_gpio);
return PTR_ERR(led_class);
}
device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "cumtchw_led%d", 0); /* /dev/cumtchw_led0 */
return 0;
}
static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(led_class);
unregister_chrdev(major, "cumtchw_led");
gpiod_put(led_gpio);
return 0;
}
static const struct of_device_id ask100_leds[] = {
{ .compatible = "cumtchw,leddrv" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {
.probe = chip_demo_gpio_probe,
.remove = chip_demo_gpio_remove,
.driver = {
.name = "cumtchw_led",
.of_match_table = ask100_leds,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init led_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit led_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
8.3.2 テストプログラム ledtest.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
* ./ledtest /dev/cumtchw_led0 on
* ./ledtest /dev/cumtchw_led0 off
*/
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;
}
8.3.3 メイクファイル
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /data/chw/imx6ull_20230512/bsp/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += leddrv.o
8.4 実験
8.4.1 デバイスツリーファイルのコンパイル
カーネルディレクトリに移動して実行します
make dtbs8.4.2 ドライバーとテストプログラムをコンパイルする
make all
8.4.3 デバイスツリー、ドライバー、テストプログラムの置き換え
cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb /data/chw/imx6ull_20230512/nfs_rootfs/
cp leddrv.ko ledtest /data/chw/imx6ull_20230512/nfs_rootfs/次に開発ボード上で実行します
上のスクリーンショットには 2 つの間違いがあります。
1. デバイス ツリー ファイルは、~/ ディレクトリではなくブート ディレクトリにコピーされます。
2. 新しいデバイス ツリー ファイルが使用されるように、開発ボードを再起動する必要があります。
上記の 2 つのエラーを修正した後、insmod leddrv.ko は次のエラーを報告しました。
insmod: エラー: モジュール leddrv.ko を挿入できませんでした: パラメータが無効です
デバイスツリーファイルを再度置き換えてから開発ボードを再起動したところ、さらに状況が悪化していることがわかりました。
