Linux驱动之设备树添加蜂鸣器驱动

        

目录

一、蜂鸣器简介

二、硬件原理分析

三、蜂鸣器驱动原理

四、开发环境

五、修改设备树文件

        1、添加 pinctrl 节点

        2、添加 BEEP 设备节点

        3、检查 PIN 是否被其他外设使用

六、蜂鸣器驱动程序编写

七、测试程序编写

八、运行验证

        在 I.MX6U-ALPHA 开发板上有一个有源蜂鸣器，通过 IO 输出高低电平即可控制蜂鸣器的开关，本质上也属于 GPIO 的输出控制。

一、蜂鸣器简介

常用的蜂鸣器有两种：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

注：这里的有“源”不是电源，而是震荡源。

有源蜂鸣器内部带有震荡源，所以有源蜂鸣器只要通电就会叫。

无源蜂鸣器内部不带震荡源，直接用直流电是驱动不起来的，需要 2K-5K 的方波去驱动。

I.MX6U-ALPHA 开发板使用的是有源蜂鸣器，因此只要给其供电就会工作。

有源蜂鸣器只要通电就会叫，所以我们可以做一个供电电路， 这个供电电路可以由一个 IO来控制其通断，一般使用三极管来搭建这个电路。为什么我们不能像控制 LED 灯一样，直接将GPIO 接到蜂鸣器的负极，通过 IO 输出高低来控制蜂鸣器的通断。因为蜂鸣器工作的电流比LED 灯要大，直接将蜂鸣器接到 I.MX6U 的 GPIO 上有可能会烧毁 IO，所以我们需要通过一个三极管来间接的控制蜂鸣器的通断，相当于加了一层隔离。本章我们就驱动 I.MX6U-ALPHA 开发板上的有源蜂鸣器，使其周期性的“滴、滴、滴…..”鸣叫。

二、硬件原理分析

蜂鸣器的硬件原理图如下图 所示：

3bf7017455d8d86baa00dc429fa82f4e.png

        上图中通过一个 PNP 型的三极管 8550 来驱动蜂鸣器，通过 SNVS_TAMPER1 这个 IO来控制三极管 Q1 的导通，当 SNVS_TAMPER1 输出低电平的时候 Q1 导通，相当于蜂鸣器的正极连接到 DCDC_3V3，蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当 SNVS_TAMPER1输出高电平的时候 Q1 不导通，那么蜂鸣器就没有形成一个通路，因此蜂鸣器也就不会鸣叫。

三、蜂鸣器驱动原理

        I.MX6U-ALPHA 开发板上的蜂鸣器通过SNVS_TAMPER1 引脚来控制，本节我们来看一下如果在 Linux 下编写蜂鸣器驱动需要做哪些工作：

①、在设备树中添加 SNVS_TAMPER1 引脚的 pinctrl 信息。

②、在设备树中创建蜂鸣器节点，在蜂鸣器节点中加入 GPIO 信息。

③、编写驱动程序和测试 APP，和前面一章的 LED 驱动程序和测试 APP 基本一样。

接下来我们就根据上面这三步来编写蜂鸣器 Linux 驱动。

四、开发环境

CPU：IMX6ULL

内核版本：Linux-5.19

五、修改设备树文件

1、添加 pinctrl 节点

        I.MX6U-ALPHA开发板上的 BEEP使用了 SNVS_TAMPER1这个 PIN，打开 imx6ul-14x14-evk.dtsi，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为“pinctrl_beep”的子节点，节点内容如下所示：

pinctrl_beep: beepgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10B0 /* beep */>;
};

        第 3 行 ， 将 SNVS_TAMPER1 这 个 PIN 复 用 为 GPIO5_IO01 ， 宏MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 定义在 arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h文件中。

2、添加 BEEP 设备节点

        在根节点“/”下创建 BEEP 节点，节点名为“beep”，节点内容如下：

beep {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "imx6ull-beep";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_beep>;beep-gpio = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;status = "okay";
};

第 6 行， pinctrl-0 属性设置蜂鸣器所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点。

第 7 行， beep-gpio 属性指定了蜂鸣器所使用的 GPIO。

3、检查 PIN 是否被其他外设使用

        在本章实验中蜂鸣器使用的 PIN 为 SNVS_TAMPER1，因此先检查 PIN 为 SNVS_TAMPER1这个 PIN 有没有被其他的 pinctrl 节点使用，如果有使用的话就要屏蔽掉，然后再检查GPIO5_IO01 这个 GPIO 有没有被其他外设使用，如果有的话也要屏蔽掉。设备树编写完成以后使用“make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的imx6ull-alientek-emmc.dtb 文件启动 Linux 系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beep”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结果如下图所示：

/ # ls /proc/device-tree/
#address-cells      clock-osc           regulator-can-3v3
#size-cells         compatible          regulator-peri-3v3
aliases             cpus                regulator-sd1-vmmc
backlight-display   dts_led             soc
beep                memory@80000000     sound-wm8960
chosen              model               spi4
clock-cli           name                timer
clock-di0           panel
clock-di1           pmu
/ # 

六、蜂鸣器驱动程序编写

        设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，在 beep.c 里面输入如下内容：

/************************************************************* Copyright © toto Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.* Description: * Version: 1.0* Autor: toto* Date: Do not edit* LastEditors: Seven* LastEditTime: Do not edit
************************************************************/#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>#define BEEP_CNT  1             /* 设备号数量 */
#define BEEP_NAME "beep"        /* 设备名字 */
#define BEEP_ON          1      /* 开打 */
#define BEEP_OFF         0      /* 关灯 *//* beep 设备结构体 */
struct beep_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 beep_gpio;          /* beep 所使用的GPIO编号*/
};struct beep_dev beep;/** @Brief   beep打开/关闭* @Call    Internal or External* @Param   state: 1-打开 0-关闭* @Note    NOne* @RetVal  无*/
void beep_switch(u8 state)
{if(state == BEEP_ON){gpio_set_value(beep.beep_gpio, 0);}else if(state == BEEP_OFF){gpio_set_value(beep.beep_gpio, 1);}else{printk("%s state:%d invalid\n", __func__, state);}
}/** @Brief   打开设备* @Call    Internal or External* @Param   inode:* @Param   filp:设备文件* @Note    NOne* @RetVal  0:成功 其他值:失败*/
static int beep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{/* 设置私有数据 */filp->private_data = &beep;return 0;
}/** @Brief   从设备读数据* @Call    Internal or External* @Param   filp:要打开的设备文件描述符* @Param   buf:返回给用户空间的数据地址* @Param   cnt:要读取的数据长度* @Param   offt:相对于文件首地址的偏移* @Note    NOne* @RetVal  读取的字节数，若为负值，表示读失败*/
static ssize_t beep_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{return 0;
}/** @Brief   写数据到设备* @Call    Internal or External* @Param   filp:要打开的设备文件描述符* @Param   buf:要写入设备的数据地址* @Param   cnt:要写入的数据长度* @Param   offt:相对于文件首地址的偏移* @Note    NOne* @RetVal  写入的字节数，若为负值，表示写失败*/
static ssize_t beep_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{int retval;unsigned char databuf[1];unsigned char beepstat;retval = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retval < 0){printk("%s copy_from_user failed\n", __func__);return -EFAULT;}beepstat = databuf[0];if(beepstat != BEEP_ON && beepstat != BEEP_OFF){printk("%s beepstat:%d invalid\n", __func__, beepstat);return -1;}/*打开、关闭LED*/beep_switch(beepstat);return 0;
}/** @Brief   关闭/释放设备* @Call    Internal or External* @Param   inode:* @Param   filp:要关闭的设备文件描述符* @Note    NOne* @RetVal  NOne*/
static int beep_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}/* 设备操作函数 */
static struct file_operations beep_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open  = beep_open,.read  = beep_read,.write = beep_write,.release = beep_release,
};/** @Brief   驱动入口函数* @Call    Internal or External* @Param   None* @Note    NOne* @RetVal  NOne*/
static int __init beep_init(void)
{int ret;/* 设置beep 所使用的GPIO*//* 1.获取设备节点：beep */beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");if(beep.nd == NULL){printk("beep node can not found\n");return -EINVAL;}/* 2.获取 设备树中的 gpio 属性，得到 beep 所使用的 gpio 编号 */beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd, "beep-gpio", 0);if(beep.beep_gpio < 0){printk("can't get beep-gpio\n");return -EINVAL;}/* 3.设置 GPIO5_IO01 为输出，并且输出到电平，默认关闭 beep */ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio, 1);if(ret < 0){printk("can't set gpio\n");return -EINVAL;}/* 注册字符设备驱动 *//* 创建设备号 */if(beep.major) /* 定义了设备号 */{beep.devid = MKDEV(beep.major, 0);register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME);}else{/* 申请设备号 */alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT, BEEP_NAME);/* 获取主设备号 */beep.major = MAJOR(beep.devid);/* 获取次设备号 */beep.minor = MINOR(beep.devid);}printk("%s new_chrdev major:%d minor:%d\n", __func__,beep.major, beep.minor);/* 初始化cdev */beep.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&beep.cdev, &beep_fops);/* 添加一个cdev */cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);/* 创建类 */beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);if(IS_ERR(beep.class)){return PTR_ERR(beep.class);}/* 创建设备 */beep.device = device_create(beep.class, NULL,beep.devid, NULL, BEEP_NAME);if(IS_ERR(beep.device)){return PTR_ERR(beep.device);}return 0;
}/** @Brief   驱动出口函数* @Call    Internal or External* @Param   None* @Note    NOne* @RetVal  NOne*/
static void __exit beep_exit(void)
{/* 注销字符设备 *//* 删除cdev */cdev_del(&beep.cdev);/* 释放分配的设备号 */unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT);device_destroy(beep.class, beep.devid);class_destroy(beep.class);
}module_init(beep_init);
module_exit(beep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("toto");

七、测试程序编写

beep_app.c测试程序具体代码如下：

/*********************************************Description: *Version: 1.0*Autor: toto*Date: Do not edit*LastEditors: Seven*LastEditTime: Do not edit
********************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define BEEPON   1
#define BEEPOFF  0/** @Brief   main 主程序* @Call    Internal or External* @Param   argc:* @Param   argv:* @Note    NOne* @RetVal  0-成功;其他-失败*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, retval;char *filename;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("argc != 3\n");return -1;}filename = argv[1];/*打开驱动文件*/fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("open filename:%d failed\n", filename);return -1;}/* 要执行的操作：打开或关闭 */databuf[0] = atoi(argv[2]);retval = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retval < 0){printf("write file:%s failed\n", filename);}/*关闭文件*/close(fd);return 0;
}

八、运行验证

开发板上电，将 beep.ko 和 beep_app 这两个文件拷贝到 /lib/modules/5.19.0-g794a2f7be62d-dirty/ 目录中，输入如下命令加载 beep.ko 驱动模块：

/ # insmod /lib/modules/5.19.0-g794a2f7be62d-dirty/beep.ko
[  862.280306] beep_driver: loading out-of-tree module taints kernel.
[  862.290970] beep_init new_chrdev major:242 minor:0
/ #

驱动加载成功以后就可以使用 beep_app 软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开beep蜂鸣器：

# ./beep_app /dev/beep 1    //打开 beep蜂鸣器

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的 beep蜂鸣器是否鸣叫，如果鸣叫的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭 beep蜂鸣器：

# ./beep_app /dev/beep 0    //关闭 beep蜂鸣器

输入上述命令以后观察 I.MX6U-ALPHA 开发板上的红色 beep蜂鸣器是否关闭。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod beep.ko

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