嵌入式linux与物联网进阶之路五：嵌入式驱动方式点亮LED

Posted 2021-06-22 程序诗人

简化的驱动框架

话说前面章节讲到了如何利用嵌入式驱动开发的方式进行驱动开发。由于其学习路线相比于裸机开发来说，上手难度稍微大一些，而且代码量也相对来说较多，所以对刚上手的人来说是颇有难度的。本章节，我们将以一个类似于Hello World点灯的例子，来讲解在linux下如何进行内核驱动的开发。

工欲善其事，必先利其器，开始之前，我们需要先将驱动开发用到的主体框架搭建一下，这里由于上节讲过，我这里直接贴上来：

#include <linux/init.h>  
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>  
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/string.h>

#define LED_MAJOR 200
#define LED_NAME  "LED"

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("GPIO init \\n");
    return 0;
}

static int led_write(struct file *filep, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos){
    return count;
}

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("Release !! \\n");
    return 0;
}


static const struct file_operations led_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = led_open,
    .write   = led_write,
    .release = led_release,
};

static int __init led_init(void){

    printk("led control device init success! \\r\\n");

    return 0;
}

static void __exit led_exit(void){
    printk(" led_exit \\r\\n");
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("CXSR");

可以看到，整个驱动开发框架无非是如下几个东西，首先是module_init和module_exit函数，之后就是file_operations结构体，结构体中有对文件的读，写，打开，关闭等等，我们只需要把我们用到的操作去实现就行了。由于这部分整体比较固化，所以这里我不再赘述了。

由于在荔枝派中，我选择了A1口作为我的控制口，所以我先尝试利用GPIO手动控制了一下，整体控制流程如下：

1、 进入sys/class/gpio目录下
2、 执行echo 1 > export命令，可以看出来创建了gpio1的文件夹
3、 进入gpio1文件夹，cat direction查看其值为in，通过vi direction，将其值改为out后， wq保存。
4、 运行 echo 1 > value 命令，则可以设置A1口高电平，设置echo 0 > value 命令，则可以设置A1口低电平。

通过如上步骤，我们发现，我们可以控制板子上的LED灯的亮灭了。之所以能这么控制，是因为我们编译生成的根文件中，包含了对GPIO的支持，所以使得我们很容易的进行控制。这里的内容，之后我们会用到，先继续。

LED驱动编码

接下来，我们就开始针对刚才的驱动框架模板，来慢慢的填写我们的内容吧。

#include <linux/init.h>  
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>  
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/string.h>

#define LED_MAJOR 200
#define LED_NAME  "LED"

/*led引脚，这里是A1脚*/
#define LED_PIN 1
static int gpio_status;

/*用户态-内核态交互缓冲区*/
static char recv_msg[20];

/*class名称, 会创建到/sys/class/目录下 */
static const char *CLASS_NAME = "led_control_class";

/*led分类，由此分类可以创建出设备*/
static struct class *led_control_class = NULL;

/*led设备，由此可以实现led控制*/
static struct device *led_control_device = NULL;

/*gpio初始设置*/
static void gpio_config(void){
    if(!gpio_is_valid(LED_PIN)){
        printk("Error wrong gpio number !!\\n");
        return;
    }
    gpio_request(LED_PIN, "led_ctr");
    /*设置引脚为输出状态*/
    gpio_direction_output(LED_PIN,1);
    /*初始置为高电平*/
    gpio_set_value(LED_PIN,1);
    gpio_status = 1;
}

/*gpio关闭设置*/
static void gpio_deconfig(void){
    gpio_free(LED_PIN);
}

/*初始灯*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("GPIO init \\n");
    gpio_config();
    return 0;
}

/*为灯的缓冲区进行数据交换*/
static int led_write(struct file *filep, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos){
    int cnt = _copy_from_user(recv_msg, buf, count);
    if(0 == cnt){
        /*on命令， 则开灯*/
        if(0 == memcmp(recv_msg, "on", 2)){
            printk("LED on! \\n");
            gpio_set_value(LED_PIN, 1);
            gpio_status = 1;
        }
        /*off命令，则关灯*/
        else{
            printk("LED off! \\n");
            gpio_set_value(LED_PIN, 0);
            gpio_status = 0;
        }
    }else{
        printk("ERROR occur when writing!!\\n");
        return -EIO;
    }
    return count;
}

/*灯设备关闭*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filep){
    printk("Release !! \\n");
    gpio_deconfig();
    return 0;
}

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations led_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = led_open,
    .write   = led_write,
    .release = led_release,
};

/*设备初始化*/
static int __init led_init(void){

    int ret = 0;

    /* 1. 注册设备 */
    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME,&led_fops);
    if(ret <0){
        printk("register fail!\\r\\n");
        return -EIO;
    }
    printk("register success, major number is %d \\r\\n",ret);
    
    /* 2. 创建设备分类 */
    led_control_class = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);
    if(IS_ERR(led_control_class)){
        unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
        return -EIO;
    }
　　　
    /* 3. 创建设备 */
    led_control_device = device_create(led_control_class, NULL, MKDEV(LED_MAJOR,0), NULL,LED_NAME);
    if(IS_ERR(led_control_device)){
        class_destroy(led_control_class);
        unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
        return -EIO;
    }

    printk("led control device init success! \\r\\n");

    return 0;
}

/*设备注销*/
static void __exit led_exit(void){
    printk(" led_exit \\r\\n");
    device_destroy(led_control_class, MKDEV(LED_MAJOR,0));
    class_unregister(led_control_class);
    class_destroy(led_control_class);
    unregister_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("CXSR");

　　

由于代码部分，我做了详尽的注释，所以这里不再过多的解释了。这里唯一需要注意的几点就是：

1. 用户态和内核态的数据交换，是需要通过copy_from_user或者copy_to_user来进行。

2. 设备初始化，需要先利用register_chrdev来注册字节设备，之后才能进行设备的创建操作。

3. insmod和rmmod命令的执行，分别对应led_init函数和led_exit函数。

Makefile制作

既然代码写好了，我们这里就需要来编译生成ko文件才行。我们来手写一个Makefile文件。

KERNELDIR := /home/scy/linux-mi/linux-f1c100s-480272lcd-test/

CURRENT_PATH := $(shell pwd)

obj-m := led1.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- ARCH=arm
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

可以看到，整个文件内容比较少，其中KERNELDIR代表linux内核源码的目录，CURRENT_PATH则代表当前路径，kernel_modules则代表我们mak命令要执行的内容，需要注意的是，如果你的板子是ARM架构的，这里要加上ARCH=arm,如果你在编译内核的时候，有用到自己的编译交叉链，那么这里也需要指定一下CROSS_COMPILE，否则可能会因为内核编译方式不一样，导致生成的ko文件，不能被板子上的系统所加载。

执行make命令，可以看到如下熟悉的输出。

 

之后，我们就可以看到led1.ko文件被生成了。

 开发板上跑起来

由于ko文件已经被生成，所以这里我们拿下tf卡，然后通过如下的命令，将我们的led1.ko，拷贝到media目录中去：