设备树LED驱动原理

在《第四十二章新字符设备驱动实验》中，我们直接在驱动文件newchrled.c 中定义有关寄存器物理地址，然后使用io_remap 函数进行内存映射，得到对应的虚拟地址，最后操作寄存器对应的虚拟地址完成对GPIO 的初始化。

本章我们在第四十二章实验基础上完成，本章我们使用设备树来向Linux 内核传递相关的寄存器物理地址，Linux 驱动文件使用上一章讲解的OF函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的IO。本章实验还是比较简单的，本章实验重点内容如下：

①、在imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中创建设备节点。
②、编写驱动程序(在第四十二章实验基础上完成)，获取设备树的属性值。
③、使用获取到的有关属性值来初始化LED 所使用的GPIO。

硬件原理图分析

本章实验硬件原理图参考8.3 小节即可。

实验程序编写

本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 2、Linux 驱动例程-> 4_dtsled。
本章实验在四十二章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树的.

修改设备树文件(根节点下添加好区分)

在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点，打开imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在根节点“/”最后面输入如下所示内容：

1 alphaled {
2 	#address-cells = <1>;
3 	#size-cells = <1>;
4 	compatible = "atkalpha-led";
5 	status = "okay";
6 	reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */
7 			0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */
8 			0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
9 			0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */
10 			0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */
11 };

第2、3 行，属性#address-cells 和#size-cells 都为1，表示reg 属性中起始地址占用一个字长(cell)，地址长度也占用一个字长(cell)。
第4 行，属性compatbile 设置alphaled 节点兼容性为“atkalpha-led”。
第5 行，属性status 设置状态为“okay”。
第6~10 行，reg 属性，非常重要！reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比如第6 行的“0X020C406C 0X04”表示I.MX6ULL 的CCM_CCGR1 寄存器，其中寄存器首地址为0X020C406C，长度为4 个字节。

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“alphaled”这个节点，结果如图44.3.1.1 所示：
在这里插入图片描述
如果没有“alphaled”节点的话请重点查看下面两点：
①、检查设备树修改是否成功，也就是alphaled 节点是否为根节点“/”的子节点。
②、检查是否使用新的设备树启动的Linux 内核。
可以进入到图44.3.1 中的alphaled 目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如图44.3.1.2所示：
在这里插入图片描述
大家可以查看一下compatible、status 等属性值是否和我们设置的一致。

LED灯驱动程序编写

设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，本章实验在第四十二章实验驱动文件newchrled.c 的基础上修改而来。新建名为“4_dtsled”文件夹，然后在4_dtsled 文件夹里面创建vscode 工程，工作区命名为“dtsled”。工程创建好以后新建dtsled.c 文件，在dtsled.c 里面输入如下内容：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: dtsled.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: LED驱动文件。
其他	   	: 无
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/7/9 左忠凯创建
***************************************************************/
#define DTSLED_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define DTSLED_NAME			"dtsled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 					0			/* 关灯 */
#define LEDON 					1			/* 开灯 *//* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;/* dtsled设备结构体 */
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 */
};struct dtsled_dev dtsled;	/* led设备 *//** @description		: LED打开/关闭* @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED* @return 			: 无*/
void led_switch(u8 sta)
{u32 val = 0;if(sta == LEDON) {val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3);	writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF) {val = readl(GPIO1_DR);val|= (1 << 3);	writel(val, GPIO1_DR);}	
}/** @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 = &dtsled; /* 设置私有数据 */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 retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */if(ledstat == LEDON) {	led_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */} else if(ledstat == LEDOFF) {led_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */}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;
}/* 字符设备操作函数集合 */
static struct file_operations dtsled_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = 	led_release,
};/** @description	: 驱动入口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static int __init led_init(void)
{u32 val = 0;int ret;u32 regdata[14];const char *str;struct property *proper;/* 获取设备树中的属性数据 *//* 1、获取设备节点：alphaled */dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled");if(dtsled.nd == NULL) {printk("alphaled node nost find!\r\n");return -EINVAL;} else {printk("alphaled node find!\r\n");}/* 2、获取compatible属性内容 */proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);if(proper == NULL) {printk("compatible property find failed\r\n");} else {printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);}/* 3、获取status属性内容 */ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);if(ret < 0){printk("status read failed!\r\n");} else {printk("status = %s\r\n",str);}/* 4、获取reg属性内容 也就是寄存器地址 最重要！*/                   //保存在数组里ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);if(ret < 0) {                                              //数组大小printk("reg property read failed!\r\n");} else {u8 i = 0;printk("reg data:\r\n");for(i = 0; i < 10; i++)printk("%#X ", regdata[i]);printk("\r\n");}/* 初始化LED */
#if 0/* 1、寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]);GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]);GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]);
#else   //另一种方式地址映射IMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0);SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);
#endif/* 2、使能GPIO1时钟 */val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26);	/* 清楚以前的设置 */val |= (3 << 26);	/* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 3、设置GPIO1_IO03的复用功能，将其复用为*    GPIO1_IO03，最后设置IO属性。*/writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03设置IO属性*bit 16:0 HYS关闭*bit [15:14]: 00 默认下拉*bit [13]: 0 kepper功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能*bit [11]: 0 关闭开路输出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力*bit [0]: 0 低转换率*/writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置GPIO1_IO03为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3);	/* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3);	/* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭LED */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3);	writel(val, GPIO1_DR);/* 注册字符设备驱动到内核 *//* 1、创建设备号 */if (dtsled.major) {		/*  定义了设备号 */dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);} else {				/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);	/* 申请设备号 */dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */}printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);	/* 2、初始化cdev */dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);/*3、添加一个字符设备cdev到内核 */cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);/* 4、自动创建设备节点 创建类class */dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.class)) {return PTR_ERR(dtsled.class);}/* 5、自动创建设备节点 创建设备device */dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.device)) {return PTR_ERR(dtsled.device);}return 0;
}/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit led_exit(void)
{/* 取消映射 */iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);/* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除字符设备cdev */unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);//摧毁设备class_destroy(dtsled.class);//摧毁类
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

dtsled.c 文件中的内容和第四十二章的newchrled.c 文件中的内容基本一样，只是dtsled.c 中包含了处理设备树的代码，我们重点来看一下这部分代码。
第46 行，在设备结构体dtsled_dev 中添加了成员变量nd，nd 是device_node 结构体类型指针，表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值，首先要先得到这个节点，一般在设备结构体中添加device_node 指针变量来存放这个节点。
第160~166 行，通过of_find_node_by_path 函数得到alphaled 节点，后续其他的OF 函数要使用device_node。
第169~174 行，通过of_find_property 函数获取alphaled 节点的compatible 属性，返回值为property 结构体类型指针变量，property 的成员变量value 表示属性值。
第177~182 行，通过of_property_read_string 函数获取alphaled 节点的status 属性值。
第185~194 行，通过of_property_read_u32_array 函数获取alphaled 节点的reg 属性所有值，并且将获取到的值都存放到regdata 数组中。第192 行将获取到的reg 属性值依次输出到终端上。
第199~203 行，使用“古老”的ioremap 函数完成内存映射，将获取到的regdata 数组中的寄存器物理地址转换为虚拟地址。
第205~209 行，使用of_iomap 函数一次性完成读取reg 属性以及内存映射，of_iomap 函数是设备树推荐使用的OF 函数。

编写测试APP

本章直接使用第四十二章的测试APP，将上一章的ledApp.c 文件复制到本章实验工程下即可。

运行测试

编译驱动程序和测试APP

1、编译驱动程序

编写Makefile 文件，本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m 变量的值改为dtsled.o，Makefile 内容如下所示：

KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH := $(shell pwd)obj-m := dtsled.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

第4 行，设置obj-m 变量的值为dtsled.o。
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。

2、编译测试APP
输入如下命令编译测试ledApp.c 这个测试程序：

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

编译成功以后就会生成ledApp 这个应用程序。

运行测试

将上一小节编译出来的dtsled.ko 和ledApp 这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载dtsled.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，如图44.4.2.1 所示：
在这里插入图片描述
从图44.4.2.1 可以看出，alpahled 这个节点找到了，并且compatible 属性值为“atkalpha-led”，status 属性值为“okay”，reg 属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4 0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”，这些都和我们设置的设备树一致。
驱动加载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：