MX6ULL学习笔记 (八) platform 设备驱动实验

前言：

什么是 Linux 下的 platform 设备驱动

Linux下的字符设备驱动一般都比较简单，只是对IO进行简单的读写操作。但是I2C、SPI、LCD、USB等外设的驱动就比较复杂了，需要考虑到驱动的可重用性，以避免内核中存在大量重复代码，为此人们提出了驱动的分离与分层的思路，演化并诞生出了platform设备驱动。

一、驱动的分层分离

1. 驱动的分离

以I2C接口的三轴加速度传感器为例，传统的设备驱动如下图示：每个平台都有一个ADXL345的驱动，因此设备驱动要重复编写三次。

各平台的主机驱动是不同的，但是ADXL345是一样的，因此上图可以精简为一个ADXL345驱动和统一的接口API。

实际上，除了ADXL345还有AT24C02、MPU6050等I2C设备，因此实际的驱动框架图如下示

驱动的分离即将主机驱动和设备驱动分隔开来，实际开发中，主机驱动一般由半导体厂家提供，设备驱动也会由器件厂家写好，我们只需要提供设备信息即可。也就是将设备信息从设备驱动中剥离开来，设备驱动使用标准方法获取到设备信息，然后根据获取到的设备信息来初始化设备

因此驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这就是Linux中的总线-驱动-设备模型，也就是常说的驱动分离

如上图示，当向系统注册一个驱动时，总线会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，有的话就将两者联系起来；当向系统中注册一个设备时，总线会在左侧的驱动中查找，看有没有与之匹配的驱动，有的话也联系起来。

2. 驱动的分层

Linux下的驱动也是分层的，分层的目的是为了在不同的层处理不同的内容。以input输入子系统为例，input子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等。

驱动层：获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给核心层
核心层：处理各种IO模型，并且提供file_operations操作集合
事件层：和用户空间进行交互

3. platform平台驱动模型

根据总线-驱动-设备驱动模型，IIC、SPI、USB这样实实在在的总线是完全匹配的，但是要有一些外设是没法归结为具体的总线：比如定时器、RTC、LCD等。为此linux内核创造了一个虚拟的总线：platform总线，以及platform驱动、platform设备模型。

①platform总线：Linux内核使用bus_type结构体表示总线。

其定义在文件include/linux/device.h中

②platform驱动：platform驱动由platform_driver结构体表示。

此结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中。

编写platform驱动时，先要定义一个platform_driver结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及probe函数。当驱动和设备匹配成功以后probe函数就会执行，具体的驱动程序在probe函数里面编写。之后通过以下函数向内核注册platform驱动或卸载platform驱动

③platform设备：platform_device结构体用来表示platform设备。

注意若内核支持设备树的话，就无需使用该结构体来描述设备，而改用设备树了。该结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中，在不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息，然后使用以下函数将设备信息注册到Linux内核中或从内核中注销掉，这里我们使用的linux是新版本的了，也就直接使用设备树就好了。

二、platform框架分析

1.platform总线注册

和字符型驱动一样，我们要使用platform总线之前，也需要告诉一下内核，也就是注册。使用platform_bus_init函数去进行注册，既然要注册，那么我们也得告诉内核我们的一些信息。

注册的内容就是：

struct bus_type platform_bus_type = {.name           = "platform",.dev_groups   = platform_dev_groups,.match           = platform_match,.uevent          = platform_uevent,.pm        = &platform_dev_pm_ops,}

对于platform平台而言，platform_match函数就是月老，负责驱动和设备的匹配。

2.platform驱动

在注册platform驱动之前要定义一个结构体，为platform_driver，结构体内容为：

struct platform_driver {int (*probe)(struct platform_device *);int (*remove)(struct platform_device *);void (*shutdown)(struct platform_device *);int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);int (*resume)(struct platform_device *);struct device_driver driver;//-> const struct of_device_id    *of_match_table;//-> const char             *name;const struct platform_device_id *id_table;bool prevent_deferred_probe;};

然后使用platform_driver_register函数向内核注册platform驱动。向内核注册platform驱动的时候，如果驱动和设备匹配成功，最终会执行platform_driver的probe函数。

3.platform设备

1、无设备树的时候，此时需要驱动开发人员编写设备注册文件，使用platform_device_register函数注册设备。使用platform_device_register函数注册设备也同样需要告诉内核一些注册信息。也就是需要定义个结构体：

结构体platform_device：

struct platform_device {const char	*name;int		id;bool		id_auto;struct device	dev;u32		num_resources;struct resource	*resource;const struct platform_device_id	*id_entry;char *driver_override; /* Driver name to force a match *//* MFD cell pointer */struct mfd_cell *mfd_cell;/* arch specific additions */struct pdev_archdata	archdata;
};

2，有设备树，修改设备树的设备节点即可。使用兼容性列表，当设备与platform的驱动匹配以后，就会执行platform_driver->probe函数。

三、编写 platform 驱动流程

接下来我们就来学习一下如何在设备树下编写 platform 驱动流程：

1.在设备树中创建设备节点

由于我们使用的linux是支持设备树的，那么毫无疑问，我们肯定要先在设备树中创建设备节点来描述设备信息，重点是要设置好 compatible 属性的值，因为 platform 总线需要通过设备节点的 compatible 属性值来匹配驱动！这点要切记。

2、编写platfrom的驱动兼容表：

1)建立of_device_id 表，也就是驱动的兼容表：

static const struct of_device_id leds_of_match[] = {{ .compatible = "atkalpha-gpioled" },     /* 兼容属性 */{ /* Sentinel */ }};

3、建立platform_driver结构体：

static struct platform_driver leds_platform_driver = {.driver = {.name = "imx6ul-led",.of_match_table = leds_of_match,},.probe = leds_probe,.remove = leds_remove,};

1）设置 platform_driver 中的 of_match_table 匹配表为上面创建的 leds_of_match

2）向总线注册驱动的时候，会检查当前总线下的所有设备，有没有与此驱动匹配的设备，如果有的话就执行驱动里面的probe函数。

3）卸载驱动的时候，会执行驱动里面的remove函数。

4、编写probe函数：

函数原型：

static int led_probe(struct platform_device *dev);

5、编写remove函数：

函数原型

static int led_remove(struct platform_device *dev);

四、实验程序编写

1.在设备树中创建设备节点

2.引入字符设备框架

这里直接引入我们之前写过的字符设备框架，在这份驱动的基础上来进行修改，如果没有看过之前那篇也没关系，下面也会贴出完整代码。

3.编写platfrom的驱动兼容表

/* 匹配列表 */
static const struct of_device_id led_of_match[] = {{ .compatible = "led-gpio" },{ /* Sentinel */ }
};

4.建立platform_driver结构体

/*platform_driver结构体*/
static struct platform_driver led_driver = {.driver = {.name = "imx6ul-led",.of_match_table = led_of_match,},.probe  =  led_probe,.remove =  led_remove,
};

5.编写probe函数：

当设备和驱动兼容表匹配上的时候就会运行peobe函数：

/*当谁列表的设备和驱动匹配上后执行的peobe函数*/
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{/* 动态注册字符设备的流程一般如下：1.调用 alloc_chrdev_region() 函数申请设备编号。2.使用 cdev_init() 函数初始化设备描述结构体。3.使用 cdev_add() 函数将设备号与设备描述结构体关联起来，注册字符设备驱动。4.使用 class_create() 函数创建一个设备类.5.使用 device_create() 函数创建一个设备*/int ret = 0;/*进入这个函数就表明匹配成功了*/printk("led driver and device was matched!\r\n");/*1 创建设备号根据是否定义了设备号，通过条件判断选择不同的创建方式。如果定义了设备号，则使用MKDEV宏将主设备号和次设备号合成为设备号，并调用register_chrdev_region()函数注册字符设备号。如果没有定义设备号，则使用alloc_chrdev_region()函数动态分配设备号，并通过MAJOR和MINOR宏获取分配得到的主设备号和次设备号。*/if(gpioled.major){gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major,0);register_chrdev_region(gpioled.devid,DEVICE_CNT,DEVICE_NAME);}else{alloc_chrdev_region(&gpioled.devid,0,DEVICE_CNT,DEVICE_NAME);gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);}/* 2 初始化cdev设置cdev结构体的拥有者为当前模块（THIS_MODULE），然后使用 cdev_init() 函数初始化cdev结构体。参数包括待初始化的cdev结构体和用于操作该设备的file_operations结构体（hello_drv） */gpioled.cdev.owner= THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev,&gpioled_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&gpioled.cdev,gpioled.devid,DEVICE_CNT);/*4 创建设备类使用 class_create() 函数创建一个设备类，设备类用于在/sys/class目录下创建子目录，以组织同一类设备的相关信息。该函数的参数包括所属的模块（THIS_MODULE）和设备类的名称（DEVICE_NAME）。如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);if(IS_ERR(gpioled.class)){printk("newchr fail!\r\n");return PTR_ERR(gpioled.class);}/*5 创建设备使用 device_create() 函数创建一个设备，并在/dev目录下创建相应的设备节点。参数包括设备所属的类（newchr.class）、父设备（NULL，如果没有父设备）、设备号（newchr.devid）、设备私有数据（NULL，一般为设备驱动程序提供一个指针）和设备名称（DEVICE_NAME）。如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, DEVICE_NAME);if(IS_ERR(gpioled.device)){printk("newchr fail!\r\n");return PTR_ERR(gpioled.device);}ret = myled_init(&gpioled);   //初始化ledgpioreturn 0;
}

6.编写remove函数：

static int led_remove(struct platform_device *dev)
{gpio_set_value(gpioled.led_gpio,1);gpio_free(gpioled.led_gpio);printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/*在模块卸载时，使用 cdev_del() 函数注销字符设备驱动，并使用 unregister_chrdev_region() 函数释放设备号资源。*//* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&gpioled.cdev);/*  删除cdev */unregister_chrdev_region(gpioled.devid, DEVICE_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);// 销毁设备，删除相应的设备节点class_destroy(gpioled.class);// 销毁设备类，释放相关资源printk("gpioled exit!\r\n");return 0;
}

完整代码：

/**************头文件区域*********************************************************/
#include <linux/ide.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/errno.h>#include <linux/of.h> 
#include <linux/of_address.h> 
#include <linux/of_gpio.h> 
#include <linux/irq.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/fcntl.h>#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
/**********************************************************************************//************************函数定义-begin***********************************************/
static int gpioled_release(struct inode *inode, struct file *file);
static ssize_t gpioled_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ptr);
static ssize_t gpioled_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ptr);
static int gpioled_open(struct inode *inode , struct file *file);
static int led_probe(struct platform_device *dev);
static int led_remove(struct platform_device *dev);
/************************函数定义-end********************************************//************************宏定义-begin***********************************************/
#define DEVICE_NAME "dtsplatled"
#define DEVICE_CNT  1
#define LED_ON     1
#define LED_OFF    0
/************************宏定义-end********************************************//************************结构体定义-begin***********************************************/
/* dtsled设备信息结构体 */
struct dtsled_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 dtsled_dev gpioled; /* led设备 *//* 设备操作函数结构体 */
static const struct file_operations gpioled_fops = {.owner		= THIS_MODULE,.open		= gpioled_open,.read		= gpioled_read,.write      = gpioled_write,.release    = gpioled_release
};/* 匹配列表 */
static const struct of_device_id led_of_match[] = {{ .compatible = "led-gpio" },{ /* Sentinel */ }
};static struct platform_driver led_driver = {.driver = {.name = "imx6ul-led",.of_match_table = led_of_match,},.probe  =  led_probe,.remove =  led_remove,
};
/************************结构体定义-end***********************************************//************************file_operations操作函数-begin***********************************************/
static int gpioled_release(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}
static ssize_t gpioled_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ptr)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}
static ssize_t gpioled_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ptr)
{int ret;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstate;struct dtsled_dev *dev = file->private_data;ret = __copy_from_user(databuf,buf,size);if(ret < 0){return -EFAULT;}ledstate = databuf[0];if(ledstate == LED_OFF){   gpio_set_value(dev->led_gpio,1);}else if(ledstate == LED_ON){gpio_set_value(dev->led_gpio,0);}return 0;
}
static int gpioled_open(struct inode *inode , struct file *file)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);file->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */ return 0;
}
/************************file_operations操作函数-end***********************************************//*****************led初始化函数************************/
static int myled_init(struct dtsled_dev *dev)
{int ret = 0;/* 1、设置 LED 所使用的 GPIO */ dev->nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if(dev->nd == NULL){printk("gpioled node cant not found!\r\n");return -EINVAL;}else{printk("gpioled node hase been found!\r\n");}/* 2、 获取设备树中的 gpio 属性，得到 LED 所使用的 LED 编号 */ dev->led_gpio =  of_get_named_gpio(dev->nd,"gpios",0);if(dev->led_gpio < 0){printk("can't get led-gpio\r\n");return -EINVAL;}printk("led-gpio num = %d\r\n", dev->led_gpio); /* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出，并且输出高电平，默认关闭 LED 灯 */ ret = gpio_request(dev->led_gpio,"led0");if(ret < 0){printk("led-gpio request fail\r\n"); return -EINVAL;}gpio_direction_output(dev->led_gpio,1);return ret;
}/************************platfrom操作函数-begin***********************************************/
/*当谁列表的设备和驱动匹配上后执行的peobe函数*/
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{/* 动态注册字符设备的流程一般如下：1.调用 alloc_chrdev_region() 函数申请设备编号。2.使用 cdev_init() 函数初始化设备描述结构体。3.使用 cdev_add() 函数将设备号与设备描述结构体关联起来，注册字符设备驱动。4.使用 class_create() 函数创建一个设备类.5.使用 device_create() 函数创建一个设备*/int ret = 0;/*进入这个函数就表明匹配成功了*/printk("led driver and device was matched!\r\n");/*1 创建设备号根据是否定义了设备号，通过条件判断选择不同的创建方式。如果定义了设备号，则使用MKDEV宏将主设备号和次设备号合成为设备号，并调用register_chrdev_region()函数注册字符设备号。如果没有定义设备号，则使用alloc_chrdev_region()函数动态分配设备号，并通过MAJOR和MINOR宏获取分配得到的主设备号和次设备号。*/if(gpioled.major){gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major,0);register_chrdev_region(gpioled.devid,DEVICE_CNT,DEVICE_NAME);}else{alloc_chrdev_region(&gpioled.devid,0,DEVICE_CNT,DEVICE_NAME);gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);}/* 2 初始化cdev设置cdev结构体的拥有者为当前模块（THIS_MODULE），然后使用 cdev_init() 函数初始化cdev结构体。参数包括待初始化的cdev结构体和用于操作该设备的file_operations结构体（hello_drv） */gpioled.cdev.owner= THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev,&gpioled_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&gpioled.cdev,gpioled.devid,DEVICE_CNT);/*4 创建设备类使用 class_create() 函数创建一个设备类，设备类用于在/sys/class目录下创建子目录，以组织同一类设备的相关信息。该函数的参数包括所属的模块（THIS_MODULE）和设备类的名称（DEVICE_NAME）。如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);if(IS_ERR(gpioled.class)){printk("newchr fail!\r\n");return PTR_ERR(gpioled.class);}/*5 创建设备使用 device_create() 函数创建一个设备，并在/dev目录下创建相应的设备节点。参数包括设备所属的类（newchr.class）、父设备（NULL，如果没有父设备）、设备号（newchr.devid）、设备私有数据（NULL，一般为设备驱动程序提供一个指针）和设备名称（DEVICE_NAME）。如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, DEVICE_NAME);if(IS_ERR(gpioled.device)){printk("newchr fail!\r\n");return PTR_ERR(gpioled.device);}ret = myled_init(&gpioled);#if 0/* 5、设置 LED 所使用的 GPIO */ gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if(gpioled.nd == NULL){printk("gpioled node cant not found!\r\n");return -EINVAL;}else{printk("gpioled node hase been found!\r\n");}/* 2、 获取设备树中的 gpio 属性，得到 LED 所使用的 LED 编号 */ gpioled.led_gpio =  of_get_named_gpio(gpioled.nd,"gpios",0);if(gpioled.led_gpio < 0){printk("can't get led-gpio\r\n");return -EINVAL;}printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio); /* 3、设置 GPIO1_IO03 为输出，并且输出高电平，默认关闭 LED 灯 */ gpio_request(gpioled.led_gpio,"led0");gpio_direction_output(gpioled.led_gpio,1);
#endifreturn 0;
}
static int led_remove(struct platform_device *dev)
{gpio_set_value(gpioled.led_gpio,1);gpio_free(gpioled.led_gpio);printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/*在模块卸载时，使用 cdev_del() 函数注销字符设备驱动，并使用 unregister_chrdev_region() 函数释放设备号资源。*//* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&gpioled.cdev);/*  删除cdev */unregister_chrdev_region(gpioled.devid, DEVICE_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);// 销毁设备，删除相应的设备节点class_destroy(gpioled.class);// 销毁设备类，释放相关资源printk("gpioled exit!\r\n");return 0;
}
/************************platfrom操作函数-endn***********************************************/static int __init gpioled_init(void)
{return platform_driver_register(&led_driver);
}static void __exit gpioled_exit(void)
{platform_driver_unregister(&led_driver);
}module_init(gpioled_init);
module_exit(gpioled_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("oudafa");

五、运行测试

1.编写 Makefile 文件

编写完使用make命令编译驱动程序。

KERN_DIR = /home/odf/linux-imx/linux-imxall:clearmake -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o dtsplatledApp dtsplatledApp.c clean:clearmake -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f dtsplatledAppobj-m += dtsplatled.o

2.使用nfs挂载到开发板上。

将编译出来 dtsplatled.ko 和dtsplatledApp 拷贝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，

sudo cp dtsplatled.ko dtsplatledApp /home/odf/nfs_rootfs/rootfs/lib/modules/4.1.15/

驱动模块加载完成以后到/sys/bus/platform/drivers/目录下查看驱动是否存在，我们在

dtsplatled.c 中设置 led_driver (platform_driver 类型)的 name 字段为“imx6ul-led”，因此会在

/sys/bus/platform/drivers/目录下存在名为“imx6ul-led”这个文件

重启开发板，进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 dtsplatled.ko 这个驱动模块。