linux驱动开发 - 07_pinctrl 和 gpio 子系统实战

链接:
C/C++Linux服务器开发/后台架构师【零声教育】-学习视频教程-腾讯课堂

1 gpio 子系统 API 函数

对于驱动开发人员，设置好设备树以后就可以使用 gpio 子系统提供的 API 函数来操作指定的 GPIO， gpio 子系统向驱动开发人员屏蔽了具体的读写寄存器过程。这就是驱动分层与分离的好处，大家各司其职，做好自己的本职工作即可。

1、gpio_request 函数
gpio_request 函数用于申请一个 GPIO 管脚，在使用一个 GPIO 之前一定要使用 gpio_request进行申请，函数原型如下：

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)函数参数和返回值含义如下：
gpio：要申请的 gpio 标号，使用 of_get_named_gpio 函数从设备树获取指定 GPIO 属性信息，此函数会返回这个 GPIO 的标号。
label：给 gpio 设置个名字。
返回值： 0，申请成功；其他值，申请失败。

2、gpio_free 函数
如果不使用某个 GPIO 了，那么就可以调用 gpio_free 函数进行释放。函数原型如下：

void gpio_free(unsigned gpio)函数参数和返回值含义如下：
gpio：要释放的 gpio 标号。
返回值： 无。

3、gpio_direction_input 函数
此函数用于设置某个 GPIO 为输入，函数原型如下所示：

int gpio_direction_input(unsigned gpio)函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置为输入的 GPIO 标号。
返回值： 0，设置成功；负值，设置失败。

4、gpio_direction_output 函数
此函数用于设置某个 GPIO 为输出，并且设置默认输出值，函数原型如下：

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置为输出的 GPIO 标号。
value： GPIO 默认输出值。
返回值： 0，设置成功；负值，设置失败。

5、gpio_get_value 函数
此函数用于获取某个 GPIO 的值(0 或 1)，此函数是个宏，定义所示：

#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)函数参数和返回值含义如下：  
gpio：要获取的 GPIO 标号。
返回值： 非负值，得到的 GPIO 值；负值，获取失败。

6、gpio_set_value 函数
此函数用于设置某个 GPIO 的值，此函数是个宏，定义如下

#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置的 GPIO 标号。
value： 要设置的值。
返回值： 无  

2 gpio 相关的 OF 函数

of_get_named_gpio 函数
此函数获取 GPIO 编号，因为 Linux 内核中关于 GPIO 的 API 函数都要使用 GPIO 编号，此函数会将设备树中类似<&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>的属性信息转换为对应的 GPIO 编号，此函数在驱动中使用很频繁！函数原型如下：

int of_get_named_gpio(struct device_node *np,const char *propname,int index)函数参数和返回值含义如下：
np：设备节点。
propname：包含要获取 GPIO 信息的属性名。
index： GPIO 索引，因为一个属性里面可能包含多个 GPIO，此参数指定要获取哪个 GPIO
的编号，如果只有一个 GPIO 信息的话此参数为 0。
返回值： 正值，获取到的 GPIO 编号；负值，失败。

3 程序编写

使用 pinctrl 和 gpio 子系统来完成 LED 灯驱动

3.1 修改设备树文件

1、添加 pinctrl 节点

开发板上的 LED 灯使用了 GPIO1_IO03 这个 PIN，打开 imx6ull-alientekemmc.dts，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为“pinctrl_led”的子节点

pinctrl_led: ledgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10B0 /* LED0 */>;
};

将 GPIO1_IO03 这个 PIN 复用为 GPIO1_IO03，电气属性值为 0X10B0

3.2 添加 LED 设备节点

在根节点“/”下创建 LED 灯节点，节点名为“gpioled”

gpioled {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "atkalpha-gpioled";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;				/*设置 LED 灯所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点*/led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;	/*指定了 LED 灯所使用的 GPIO，在这里就是 GPIO1 的 IO03，低电平有效*/status = "okay";
};

• 第 6 行， pinctrl-0 属性设置 LED 灯所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点。
• 第 7 行， led-gpio 属性指定了 LED 灯所使用的 GPIO，在这里就是 GPIO1 的 IO03，低电平有效; 编写驱动程序的时候会获取 led-gpio 属性的内容来得到 GPIO 编号，gpio 子系 统的 API 操作函数需要 GPIO 编号。

设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下 imx6ull-alientek-emmc.dts：

make dtbs

编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb，使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动Linux 内核。

Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“gpioled”这个节点

/ # cd /proc/device-tree/
/sys/firmware/devicetree/base # ls
#address-cells                 interrupt-controller@00a01000
#size-cells                    key
aliases                        memory
alphaled                       model
backlight                      name
beep                           pxp_v4l2
chosen                         regulators
clocks                         reserved-memory
compatible                     sii902x-reset
cpus                           soc
dtsleds                        sound
gpio-keys                      spi4
gpioled

可以进入到中的 gpioled目录中，查看一下都有哪些属性文件

/sys/firmware/devicetree/base # cd gpioled/
/sys/firmware/devicetree/base/gpioled # ls
#address-cells  compatible      name            pinctrl-names
#size-cells     led-gpio        pinctrl-0       status

查看一下 compatible、 status 等属性值是否和我们设置的一致

3.3 LED 灯驱动程序编写

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>#define GPIOLED_CNT     1               /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME    "gpioled"       /* 名字 */
#define LEDOFF          0               /* 关灯 */
#define LEDON           1               /* 开灯 *//* gpioled设备结构体 */
struct gpioled_dev{dev_t devid;                /* 设备号 	 */struct cdev cdev;           /* cdev 	*/struct class* class;        /* 类 		*/struct device* device;      /* 设备 	 */int major;                  /* 主设备号	  */int minor;                  /* 次设备号   */struct device_node* nd;     /* 设备节点 */int led_gpio;               /* led所使用的GPIO编号		*/
};struct gpioled_dev gpioled;     /* led设备 *// @description		: 打开设备* @param - inode 	: 传递给驱动的inode* @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int led_open(struct inode* inode, struct file* filp)
{filp->private_data = &gpioled;return 0;
}/ @description		: 从设备读取数据 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区* @param - cnt 	: 要读取的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败*/
static ssize_t led_read(struct file* filp, char __user* buf, size_t cnt, loff_t* offt)
{return 0;
}/ @description		: 向设备写数据 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf 	: 要写给设备写入的数据* @param - cnt 	: 要写入的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/
static ssize_t led_write(struct file* filp, const char __user* buf, size_t cnt, loff_t* offt)
{int ret;unsigned char databuf[1];struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;ret = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(ret < 0) {return -EINVAL;}if(databuf[0] == LEDON) {gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); } else if(databuf[0] == LEDOFF) {gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); }return 0;
}/ @description		: 关闭/释放设备* @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int led_release(struct inode* inode, struct file* filp)
{return 0;
}/* 设备操作函数 */
static struct file_operations gpioled_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = 	led_release
};/ @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static int __init led_init(void)
{int ret = 0;/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (gpioled.major) {		/*  定义了设备号 */gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);} else {						/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);	/* 申请设备号 */gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */}printk("gpioled major=%d,minor=%d\\r\\n",gpioled.major, gpioled.minor);	/* 2、初始化cdev */gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);/* 4、创建类 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.class)) {return PTR_ERR(gpioled.class);}/* 5、创建设备 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.device)) {return PTR_ERR(gpioled.device);}/* 1，获取设备节点 */gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if(gpioled.nd == NULL) {ret = -EINVAL;goto fail_findnode;}/* 2, 获取LED所对应的GPIO */gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);if(gpioled.led_gpio < 0) {printk("can't find led gpio\\r\\n");ret = -EINVAL;goto fail_findnode;}printk("led gpio num = %d\\r\\n", gpioled.led_gpio);/* 3,申请IO */ret = gpio_request(gpioled.led_gpio, "led-gpios");if (ret) {printk("Failed to request the led gpio\\r\\n");ret = -EINVAL;goto fail_findnode;}/* 4,使用IO，设置为输出 */ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);if (ret) {goto fail_setoutput;}return 0;fail_setoutput:gpio_free(gpioled.led_gpio);
fail_findnode:return ret;
}/ @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit led_exit(void)
{/* 关灯 */gpio_set_value(gpioled.led_gpio, 1);/* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&gpioled.cdev);unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT);device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);class_destroy(gpioled.class);/* 释放IO */gpio_free(gpioled.led_gpio);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("kaka");

3.4 编写测试 APP

编写测试 APP， led 驱动加载成功以后手动创建/dev/led 节点，应用 APP 通过操作/dev/led文件来完成对 LED 设备的控制。向/dev/led 文件写 0 表示关闭 LED 灯，写 1 表示打开 LED 灯。新建 ledApp.c 文件

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	1/ @description		: main主程序* @param - argc 	: argv数组元素个数* @param - argv 	: 具体参数* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, retvalue;char *filename;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("Error Usage!\\r\\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打开led驱动 */fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\\r\\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 *//* 向/dev/led文件写入数据 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("LED Control Failed!\\r\\n");close(fd);return -1;}retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\\r\\n", argv[1]);return -1;}return 0;
}

4 编译驱动程序和测试 APP

4.1 编译驱动程序

编写 Makefile 文件

KERNELDIR := /home/kaka/linux/IMX6ULL/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientekCURRENT_PATH := $(shell pwd)obj-m := gpioled.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

输入如下命令编译出驱动模块文件：

make -j32

编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko ”的驱动模块文件。

4.2 编译测试 APP

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

5运行测试

将编译出来的led.ko和ledApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中 ，输入如下命令加载 led.ko 驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe dtsled.ko //加载驱动

驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息

/lib/modules/4.1.15 # modprobe gpioled.ko
gpioled major=249,minor=0
led gpio num = 3

驱动节点创建成功以后就可以使用 ledApp 软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开 LED 灯：

./ledApp /dev/led 1 //打开 LED 灯

如果点亮的话 说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭 LED 灯：

./ledApp /dev/led 0 //关闭 LED 灯

卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod gpioled.ko