Linux系统编程二：字符设备控制之点亮LED灯控制蜂鸣器

Posted 2021-09-08 何事误红尘

目录

• 一、概述
• 二、文件IO
• • 2.1 open和close
  • 2.2 write和read
  • 2.3 ioctrl
• 三、点亮LED
• • 3.1 程序流程
  • 3.2 代码实现
  • 3.3 编译验证
• 四、控制蜂鸣器
• 五、总结

一、概述

延时和时间一章，初步体验了下系统编程。不过既然是想做嵌入式开发，还是脱离不了硬件，现在就完成一次点灯。

Linux也好，单片机也好，灯总是那个灯的，高低电平给进去，或亮或灭。只是给电平的方式不一样：或者直接配置寄存器，或者通过HAL库函数，而Linux下，LED作为一个字符设备，则需要通过文件IO进行操作。

二、文件IO

还没开始认真学习Linux，就听过好几次Linux下一切皆文件。几个文件IO函数从这篇学习笔记开始，会经常用到，这里简单记录下。

2.1 open和close

open函数用于打开文件，原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags); 
int open(const char *pathname, int flags,mode_t mode);  

pathname是文件名；flags是打开方式，如只读、只写、可读可写、阻塞等；当flags中含有O_CREAT时，open函数应包括参数mode，表示创建文件的权限。
函数调用成功返回文件描述符fd，在后面几个IO函数中均会用到。

close函数用于关闭文件，原型如下：

#include <unistd.h>
int close(int fd);

fd是open返回的文件描述符。

2.2 write和read

write函数原型如下：

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd，const void *buf,size_t count)

将参数 *buf 中最多 count 个字节写入到 fd 指向的文件中。返回实际写入的字节数，出错返回-1。

read函数原型如下：

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd，void *buf,size_t count)

从 fd 指向的文件中，最多读取 count 个字节，保存到参数 *buf 中。返回实际读取的字节数，出错返回-1。

2.3 ioctrl

ioctl函数原型如下：

#include<unistd.h>
int ioctl( int fd, int request, int cmd);  

request 和 cmd的具体含义，由驱动实现决定。request 可以表示具体的 IO 管脚，cmd表示高低电平。也可以反过来，cmd 可以表示具体的 IO 管脚，request 表示高低电平。

现在系统编程学习，按照讯为开发板的实现定义来使用接口，等后面进入到驱动学习的时候，再展开看如何实现的。

三、点亮LED

现在开始正式点灯。例程是通过传入参数，控制两个LED的点亮和熄灭。这里结合上一篇提到的sleep函数，小改动了下，变成了控制LED按照传入的时间和次数进行闪烁。

3.1 程序流程

点灯流程大致如下：

3.2 代码实现

首先查看LED的设备节点

ls /dev/led*

有了设备节点就可以开始编写程序了。

	//使用ioctl函数将参数传入内核
	if((fd = open(leds, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY)) < 0) {
		printf("open %s failed\\n",leds);
	}
	else {
		printf("open %s success\\n",leds);
		while(flicker_count--)
		{
			ioctl(fd, LED_ON, atoi(argv[1]));
			sleep(atoi(argv[2]));
			ioctl(fd, LED_OFF, atoi(argv[1]));
			sleep(atoi(argv[2]));
		}
	}

需要注意的是，通过main传入的参数是字符格式，需要转化成整型再传递给sleep和ioctl函数。函数原型为：

#include <stdlib.h>
int atoi(const char *nptr);

3.3 编译验证

对C文件进行编译后，拷贝到tftp服务器目录下。注意使用交叉编译指令arm-none-linux-gnueabi-gcc：

在开发板上tftp -g -l led -r led 192.168.1.72获取led文件，结果发现获取超时了：

ping一下虚拟机，发现无法ping通。发现是电脑同时接入网线、连接了wifi，断开WiFi即可正常获取。测试下运行效果：

权限不够时，注意调整下文件的权限。学习使用嘛，我就直接777权限了。可以观察到板载LED按照1秒间隔闪烁了2次，和期望相符。打印的debug输出，是驱动部分完成的，后面自己写驱动可以修改或去除这些打印。

四、控制蜂鸣器

控制蜂鸣器的方式与点亮LED是完全相同的，唯一区别在于ioctl函数的传参。

ioctl(fd, LED_ON, atoi(argv[1]));
ioctl(fd, BUZZER_ON, NULL);

在LED中，ioctl的后面两个参数，分别是控制哪个灯、点亮还是熄灭。而buzzer中，实际只用到了第一个参数，表示响还是停止；第二个参数实际并没有用到，我这里直接传入了NULL（例程中传入了atoi(argv[2])）。
前面提到这与驱动程序的设计有关，做应用开发，只需要按照函数接口传参即可。

五、总结

本篇主要是通过点灯熟悉文件IO函数的使用，了解下设备节点概念。main函数传参时，注意需要转化类型。