1.1

本文展示LED驱动进化升级化蝶的过程并由浅入深的对驱动程序框架的理念作进一步阐述。

遇到搞不明白的就不妨先点个灯吧。

LED驱动进化之路层次递进

最简单的LED驱动程序加入分层思想的LED驱动程序加入分离思想的LED驱动程序总线设备驱动模型下的LED驱动程序加入设备树的LED驱动程序

https://blog.csdn.net/qq_33487044/article/details/126325656

https://www.bilibili.com/video/BV14f4y1Q7ti?p12spm_id_frompageDrivervd_sourcecf66c4035cd726f1d3cb6a42cfd6da5f

https://blog.csdn.net/weixin_42373086/article/details/130521999

1.1

最简单的驱动程序一个设备app调用open时就提供给驱动程序里的drv_openread→drv_readwrite→drv_writeioctrl→drv_ioctl。

确定主设备号可以自己定义设置为0时会让内核分配定义自己的file_operations结构体管理驱动程序drv_open/drv_write等实现对应的drv_open/drv_write等函数。

---注file_operations为核心

把file_operations结构体告诉内核register_chrdev提供主设备号。

实现入口函数安装驱动程序时入口函数调用register_chrdev相应的就有出口函数卸载驱动程序时出口函数调用unregister_chrdev辅助性功能提供设备信息自动创建设备节点class_writedevice_create

1.2

说明*1本代码是跟学韦老师课程所编写增加了注释和分析*2采用的是UTF-8编码格式*3简单LED驱动程序

led_drive_simple.c*4参照内核字符设备驱动程序cm4040_cs.c

*/#include

//IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3:0x02290000

0x14

IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;//GPIO5_GDIR:0x20AC004

static

GPIO5_GDIR;//GPIO5_DR:0x020AC000

static

{//imx6ull默认使能GPIO5.*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

~0xf;*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

0x5;*GPIO5_GDIR

写的数据来自于buf*size写多大的数据*offset偏移值

*返回参数

②获取寄存器物理地址映射过来的虚拟地址③辅助完善提供设备信息自动创建设备节点class_create、device_create

*/static

{/**printk判断一下是否调用了入口函数*__FILE__

表示文件*__FUNCTION__

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);//ioremap:物理地址映射到虚拟地址IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

ioremap(0x02290000

4);//0由内核分配主设备号名称指定函数结构体led_fops返回值为主设备号major

register_chrdev(0,xixiwuli_led,

led_fops);

{class_destroy(led_class);return

major;}//创建/dev/myled的设备节点device_create(led_class,

NULL,

}/*第四步定义一个出口函数出口函数调用unregister_chrdev*/

static

{iounmap(IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3);iounmap(GPIO5_GDIR);iounmap(GPIO5_DR);device_destroy(led_class,

MKDEV(major,

0));class_destroy(led_class);unregister_chrdev(major,xixiwuli_led);

}//把函数修饰成入口函数和出口函数

//内核遵循GPL协议所以我们也要遵循GPL协议才能够使用内核里的一些函数

MODULE_LICENSE(Dual

说明*1本代码是跟学韦老师课程所编增加了注释和理解*2采用的是UTF-8编码格式*3简单LED应用程序

led_test_simple.c

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

2.3

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

注意:

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make

$(KERN_DIR)

参照这篇文章https://blog.csdn.net/weixin_42373086/article/details/129796348?spm1001.2014.3001.5501

1.3.2

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

export

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

1.3.3

192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs

/mnt

led_drive_simple.ko//查询是否有我们的hello程序

cat

如果对于多个板子去驱动同一种设备例如去点个灯都要像上面的方式从头到尾写一个对应的驱动程序是件非常麻烦的事情。

针对上述的情况就要应用到分层的思想我们先要将驱动拆为通用的框架leddrv.c、具体的硬件操作board_X.c如下图所示

这里再进一步以面向对象的思想抽象出一个结构体每个单板相关的boardX.c实现自己的led_operations结构体供上层的leddrv.c调用。

struct

status);/*控制LEDwhich-哪个LEDstatus1/0亮灭*/

2.2

这个头文件是作为board_imx6ull.c和led_drive.c之间的桥梁。

//定义这个宏防止二次调用

//例子LED调用LEDALEDA调用这个头文件未加时会二次调用这个头文件

#ifndef

status);/*控制LEDwhich-哪个LEDstatus1/0亮灭*/

};struct

*get_board_led_opr(void);#endif

2.2.2

从这里我们可以看到对应板子上的硬件操作都在这个程序这层里去实现了。

#include

//IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3:0x02290000

0x14

IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;//GPIO5_GDIR:0x20AC004

static

GPIO5_GDIR;//GPIO5_DR:0x020AC000

static

设置引脚为GPIO输出引脚*传入参数*which哪个LED*返回参数如果成功返回0

*/static

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__,which);if(which

0){if(!CCM_CCGR1){//ioremap:物理地址映射到虚拟地址CCM_CCGR1

ioremap(0x20C406C,

4);IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

ioremap(0x02290000

*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;val

~0xf;val

0x5;*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

val;*GPIO5_GDIR

之前的框架是在这里实现设备注册和硬件操作现在只去实现注册设备驱动等通用功能。

说明*1本代码是跟学韦老师课程所编写增加了注释和分析*2采用的是UTF-8编码格式*3LED驱动程序(分层思想)

led_drive.c

根据次设备号初始化LED*传入参数*flip要打开的文件*返回参数如果成功返回0

static

iminor(inode);/*次设备号*/printk(%s

line

__LINE__);p_ledopr-init(minor);return

}/**函数

copy_from_user从app中获取数据*传入参数*flip要写的文件*buf

写的数据来自于buf*size写多大的数据*offset偏移值

*返回参数

②辅助完善提供设备信息自动创建设备节点class_create、device_create

*/static

{/**printk判断一下是否调用了入口函数*__FILE__

表示文件*__FUNCTION__

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);//0由内核分配主设备号名称指定函数结构体led_fops返回值为主设备号major

register_chrdev(0,xixiwuli_led,

led_fops);

{class_destroy(led_class);return

major;}//通过p_ledopr可以操作调用单板相关的代码p_ledopr

get_board_led_opr();//创建/dev/myled2的设备节点多个次设备号控制多个LEDfor(i

0;i

}/*第四步定义一个出口函数出口函数调用unregister_chrdev*/

static

i));}class_destroy(led_class);unregister_chrdev(major,xixiwuli_led);

}//把函数修饰成入口函数和出口函数

//内核遵循GPL协议所以我们也要遵循GPL协议才能够使用内核里的一些函数

MODULE_LICENSE(Dual

这里有小的变动将board_imx6ull.c和led_drive.c编译在一起。

一定要修改KERN_DIR

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

2.3

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

注意:

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make

$(KERN_DIR)

led_test#led_drive.c和board_demo.c编译成xixiwuli_led.ko

xixiwuli_led-y

192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs

/mnt

xixiwuli_led.ko//查询是否有我们的hello程序

cat

从结果上来看相较于简单的驱动框架下的驱动程序也能够很好的实现点灯关灯。

但结构上他很好的将通用功能和硬件操作部分做了分离分别对应led_drive_stra.c和board_imx6ull.c再加入一个设备时也只需要创建一个board_X.c就可以了。

这样的驱动程序有了更好的拓展性可以支持多个板子。

也从这里我们能更好的理解了Linux驱动

驱动框架

上述的方式我们能够发现board_X.c里跟芯片硬件绑定的太死如果我们要换个灯点亮就需要修改代码重新编译那么如何解决呢

就要应用到分离的设计思想。

对于某一款芯片引脚操作是类似的可以写出一个通用的驱动程序进行一个左右分离一个定义资源board_X.c一个定义硬件的通用操作chipY_gpio.c如下图所示

这里就抽象出一个led_resource结构体来表达具体资源是怎么样的。

沿用面向对象的思想

3.2

这里相较于第二节的程序board_imx6ull.c文件要分成两个文件board_A_led.c和chip_imx6ull_gpio.c。

所以这里主要阐述led_resource.h、board_A_led.c、chip_imx6ull_gpio.c以及Makefile代码。

具体实现框架如下

3.2.1

led_resource.h里的结构体led_resource定义资源。

#ifndef

这里具体实现GPIO通用硬件操作以GPIO5_3为例先不涉及繁杂的硬件操作。

#include

*led_rsc;/*阐述说明*现阶段仅以展示分离设计思想*以下的为GPIO5_3需要设置的寄存器绝对物理地址后续可以按照基址表示GPIO组内多引脚。

*定义好多个基址可以实现表示多个GPIO组

*//*

//IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3:0x02290000

0x14

IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;//GPIO5_GDIR:0x20AC004

static

GPIO5_GDIR;//GPIO5_DR:0x020AC000

static

设置引脚为GPIO输出引脚*传入参数*which哪个LED*返回参数如果成功返回0

*/static

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__,which);if(!led_rsc){led_rsc

get_led_resource();}printk(init

gpio:

PIN(led_rsc-pin));switch(GROUP(led_rsc-pin)){case

0:{printk(init

0){if(!CCM_CCGR1){//ioremap:物理地址映射到虚拟地址CCM_CCGR1

ioremap(0x20C406C,

4);IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

ioremap(0x02290000

*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;val

~0xf;val

0x5;*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3

val;*GPIO5_GDIR

PIN(led_rsc-pin));switch(GROUP(led_rsc-pin)){case

0:{printk(set

这里有小的变动将led_drive.c、board_A_led.c以及chip_imx6ull_gpio.c编译在一起。

一定要修改KERN_DIR

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

2.3

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

注意:

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make

$(KERN_DIR)

led_test#led_drive.c、board_A_led.c、chip_imx6ull_gpio.c编译成xixiwuli.ko

xixiwuli_led-y

经过上述分离设计思想的实践我们会发现在需要变更要控制的引脚时打开另一个LED时我们只需要改动board_A_led.c就可以了。

四、LED驱动程序总线设备驱动模型

上一节的内容里我们可以进一步发现如果我们处理多个不同的设备例如LED、LCD等等我们都要再定义一个相应的resource.h这个是不现实的。

基于上述的问题提出了总线设备驱动模型它是分离思想的进一步实现。

4.2

在第三节程序基础上进一步进阶到总线设备驱动框架需要抽象出platform_device和platform_driver结构体并实现它们之间的匹配配对。

1.分配/设置/注册

在其中probe函数里分配/设置/注册file_operations结构体并从platform_device中确定所用硬件资源动态实现device_create指定platform_driver的名字

4.2.1

说明*1本代码是跟学韦老师课程所编写增加了注释和分析*2采用的是UTF-8编码格式*3LED驱动程序(总线设备驱动模型)

led_drive.c

*p_ledopr;/**阐述说明*定义给底层chip_imx6ull_gpio.c去调用的

void

EXPORT_SYMBOL(led_device_create);

EXPORT_SYMBOL(led_device_destory);

EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);/*第二步定义自己的

file_operations

根据次设备号初始化LED*传入参数*flip要打开的文件*返回参数如果成功返回0

static

iminor(inode);/*次设备号*/printk(%s

line

__LINE__);p_ledopr-init(minor);return

}/**函数

copy_from_user从app中获取数据*传入参数*flip要写的文件*buf

写的数据来自于buf*size写多大的数据*offset偏移值

*返回参数

②辅助完善提供设备信息自动创建设备节点class_create、device_create

*/static

{/**printk判断一下是否调用了入口函数*__FILE__

表示文件*__FUNCTION__

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);//0由内核分配主设备号名称指定函数结构体led_fops返回值为主设备号major

led_fops);

{class_destroy(led_class);return

major;}return

}/*第四步定义一个出口函数出口函数调用unregister_chrdev*/

static

{class_destroy(led_class);unregister_chrdev(major,100ask_led);

}//把函数修饰成入口函数和出口函数

//内核遵循GPL协议所以我们也要遵循GPL协议才能够使用内核里的一些函数

MODULE_LICENSE(Dual

本程序主要定义一些资源编写实现platform_device结构体。

#include

linux/platform_device.h#include

led_resource.hstatic

IORESOURCE_IRQ,},};/**name:平台名称*num_resources:资源个数*resource引入资源数组

static

ARRAY_SIZE(resources),.resource

resources,.dev

platform_device_register(board_A_led_dev);return

static

{platform_device_unregister(board_A_led_dev);

MODULE_LICENSE(GPL);

linux/platform_device.h#include

led_drive.h

获取gpio引脚信息*输入参数which---哪个引脚*返回参数如果成功返回0

static

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__,which);printk(init

gpio:

PIN(g_ledpins[which]));switch(GROUP(g_ledpins[which])){case

0:{printk(init

打印某个gpio引脚设置信息*输入参数which---哪一个引脚statusLED状态1/0亮灭*返回参数如果成功返回0

static

PIN(g_ledpins[which]));switch(GROUP(g_ledpins[which])){case

0:{printk(set

}/**函数chip_imx6ull_gpio_led_probe*功能记录引脚创建设备device_create

static

chip_imx6ull_gpio_led_probe(struct

platform_device

*res;while(1){//设备、哪一类资源、第几个资源res

platform_get_resource(dev,IORESOURCE_IRQ,

i);if(!res)break;g_ledpins[g_ledcnt]

res-start;/*创建设备*/led_device_create(g_ledcnt);g_ledcnt;}return

}/**函数chip_imx6ull_gpio_led_remove*功能注销设备device_destory

static

chip_imx6ull_gpio_led_remove(struct

platform_device

i){led_device_destory(i);}g_ledcnt

0;return

chip_imx6ull_gpio_led_probe,.remove

chip_imx6ull_gpio_led_remove,.driver

{.name

};/*入口函数,platform_driver*功能注册设备底层到上层的注册

static

chip_imx6ull_gpio_drv_init(void)

{int

platform_driver_register(chip_imx6ull_gpio_driver);register_led_operations(board_imx6ull_led_opr);return

static

chip_imx6ull_gpio_drv_exit(void)

{platform_driver_unregister(chip_imx6ull_gpio_driver);

}module_init(chip_imx6ull_gpio_drv_init);

module_exit(chip_imx6ull_gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE(Dual

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

2.3

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

注意:

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make

$(KERN_DIR)

参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile

要想把a.c,

相较第三节上代码上的变化可以感受到总线设备驱动模型框架的优点在原有基础上进一步实现了对device和driver的分离。

五、LED驱动程序设备树

我们从第四节的内容中发现如果我们修改LED所用的GPIO引脚我们需要修改board_A_led.c代码之后重新编译加载驱动。

随着ARM芯片的流行内核中针对不同厂商的开发保存里大量类似没有技术含量的文件。

上述问题的核心就是在于是用.c文件来配置资源。

这里就引入了专门的配置文件这里就是用设备树来实现这一点。

采用设备树后许多硬件的细节可以直接通过它传递给Linux而不再需要在内核中进行大量的冗余编码它通过bootloader将硬件资源传给内核使得内核和文件资源描述相对独立。

5.1.2

dts和dtsi源文件会经过dtc编译器编译成dtb二进制文件dtb文件最后会被放到系统中被内核解析。

https://blog.csdn.net/qq_33487044/article/details/126325656

怎么使用设备树写驱动程序

1.设备树节点与platform_driver能匹配2.设备树节点指定资源platform_driver获得资源

5.2

设备树内容繁杂不在这里详细阐述。

这里的程序实现简单功能和走完整个流程。

后面主要展示改动的部分程序设备树文件、驱动程序chip_imx6ull_gpio.cboard_A_led.c文件则是不需要了。

5.2.1

修改设备树添加设备节点100ask_led0和100ask_led1。

#define

pro开发板里内核源码目录中arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts修改编译后得到arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb。

详细步骤:(PC端)

这里主要设置of_match_table成员用于设备树节点和platform_driver匹配之后。

probe函数里获取资源的方式转变通过读取设备树文件获取资源。

#include

linux/platform_device.h#include

led_drive.h

获取gpio引脚信息*输入参数which---哪个引脚*返回参数如果成功返回0

static

%d\n,__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__,which);printk(init

gpio:

PIN(g_ledpins[which]));switch(GROUP(g_ledpins[which])){case

0:{printk(init

打印某个gpio引脚设置信息*输入参数which---哪一个引脚statusLED状态1/0亮灭*返回参数如果成功返回0

static

PIN(g_ledpins[which]));switch(GROUP(g_ledpins[which])){case

0:{printk(set

}/**函数chip_imx6ull_gpio_led_probe*功能记录引脚创建设备device_create

static

chip_imx6ull_gpio_led_probe(struct

platform_device

led_pin;/*创建设备*/led_device_create(g_ledcnt);g_ledcnt;return

}/**函数chip_imx6ull_gpio_led_remove*功能注销设备device_destory

static

chip_imx6ull_gpio_led_remove(struct

platform_device

i){led_device_destory(i);}g_ledcnt

0;return

}//of_match_table成员用于设备树节点和platform_driver的匹配上

static

chip_imx6ull_gpio_led_probe,.remove

chip_imx6ull_gpio_led_remove,.driver

{.name

};/*入口函数,platform_driver*功能注册设备底层到上层的注册

static

chip_imx6ull_gpio_drv_init(void)

{int

platform_driver_register(chip_imx6ull_gpio_driver);register_led_operations(board_imx6ull_led_opr);return

static

chip_imx6ull_gpio_drv_exit(void)

{platform_driver_unregister(chip_imx6ull_gpio_driver);

}module_init(chip_imx6ull_gpio_drv_init);

module_exit(chip_imx6ull_gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE(Dual

CROSS_COMPILEarm-buildroot-linux-gnueabihf-

2.3

PATH$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

注意:

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make

$(KERN_DIR)

参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile

要想把a.c,

后续led_test测试程序的运行结果跟上一章节完全一致这里是管理资源的方式发生了转变。

相信大家在过完上述LED的驱动进化之路会有一种酣畅淋漓的感觉。