GPIO子系统编写LED灯的驱动、linux内核定时器

一、GPIO子系统

1.概念：

一个芯片厂商生产出芯片后会给linux提供一个当前芯片中gpio外设的驱动，我们当前只需要调用对应的厂商驱动即可完成硬件的控制。而linux内核源码中的gpio厂商驱动有很多，这里linux内核对厂商驱动做了一些封装，提供了一系列的API，我们在自己编写的设备驱动中只需要调用这些API即可访问对应的厂商驱动，进而完成GPIO的控制

2.API

添加LED的设备树节点

myled

{

        led1-gpio=<&gpioe 10 0>;//10表示使用的gpioe第几个管脚 0，表示gpio默认属性

        led2-gpio=<&gpiof 10 0>;

        led3-gpio=<&gpioe 8 0>;

};

或者

myled{ led-gpios=<&gpioe 10 0>,<&gpiof 10 0>,<&gpioe 8 0>; };

执行make dtbs编译设备树，将编译生成的设备树镜像拷贝到~/tftpboot目录下，重启开发板

1）解析GPIO相关的设备树节点

        struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)

2）根据解析的GPIO相关节点信息获取GPIO编号

        #include<linux/of_gpio.h>

         int of_get_named_gpio(struct device_node *np（设备树节点指针）,const char *propname（gpio编号信息对应的键名）, int index（属性键值对中的索引号）)

3）向内核申请要使用的GPIO编号

        #include<linux/gpio.h>

        int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

4）将gpio编号对应的gpio管脚设置为输出

        int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

5）设置gpio编号对应的gpio管脚 输出高低电平

        void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

6）获取gpio编号对应到的GPIO引脚状态值

        int gpio_get_value(unsigned gpio)

7）释放GPIO编号

        void gpio_free(unsigned gpio)

3.新版API

核心不再是GPIO编号，而是GPIO对象

1）在设备树节点中解析出GPIO对象，并向内核申请

struct gpio_desc *gpiod_get_from_of_node(struct device_node *node,

                        const char *propname, int index, enum gpiod_flags dflags, const char *label)

2）int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)

     int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc)

     void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value)

     int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc)

     void gpiod_put(struct gpio_desc *desc)//释放gpi对象指针

二、linux内核定时器

定时时间到达之后可以执行当前的定时器处理函数

1..jiffies

        内核中用于保存内核节拍数的一个变量。它的值从内核启动开始就不断从0开始增加。

2.内核频率

        内核节拍数一秒钟增加的数量被称为内核的频率，内核的频率在内核顶层目录下的.config文件中被设置

3.定时器启用相关的API

1）分配定时器对象

        struct timer_list mytimer;

2）初始化定时器对象

        void timer_setup(struct timer_list *timer, void (*func)(struct timer_list *), unsigned int flags);

3）注册定时器对象并启用定时器

       void add_timer(struct timer_list *timer) 

4）再次启用定时器

        int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)

5）注销定时器对象

        int del_timer(struct timer_list *timer)

三、任务

GPIO子系统编写LED灯的驱动（使用新版API）

head.h

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__ 
//构建LED开关功能码，添加ioctl第三个参数
#define LED_ON _IO('l',1)
#define LED_OFF _IO('l',0)
#endif

myled.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/timer.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/io.h>
#include"head.h"
struct cdev* cdev;
unsigned int major=0;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
module_param(major,uint,0664);
struct class* cls;
struct device* dev;
struct device_node *dnode;
struct gpio_desc* gpiono1;
struct gpio_desc* gpiono2;
struct gpio_desc* gpiono3;
//封装操作的方法
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{int min=MINOR(inode->i_rdev);file->private_data=(void *)min;printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);return 0;
}
long mydev_ioctl(struct file* file,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{int min=(int)file->private_data;switch(min){case 0:switch(cmd){case LED_ON:  //开灯gpiod_set_value(gpiono1,1);break;case LED_OFF: //关灯gpiod_set_value(gpiono1,0);break;}break;case 1:switch(cmd){case LED_ON:  //开灯gpiod_set_value(gpiono2,1);break;case LED_OFF: //关灯gpiod_set_value(gpiono2,0);break;}break;case 2:switch(cmd){case LED_ON:  //开灯gpiod_set_value(gpiono3,1);break;case LED_OFF: //关灯gpiod_set_value(gpiono3,0);break;}break;}return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);return 0;
}//定义操作方法结构体变量并赋值
struct file_operations fops={.open=mycdev_open,.unlocked_ioctl=mydev_ioctl,.release=mycdev_close,
};
static int __init mycdev_init(void)
{int ret;//为字符设备驱动对象申请空间cdev=cdev_alloc();if(cdev==NULL){printk("字符设备驱动对象申请空间失败\n");ret=-EFAULT;goto out1;}printk("申请对象空间成功\n");//初始化字符设备驱动对象cdev_init(cdev,&fops);//申请设备号if(major>0)//静态指定设备号{ret=register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"myled");if(ret){printk("静态申请设备号失败\n");goto out2;}}else if(major==0)//动态申请设备号{ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"myled");if(ret){printk("动态申请设备号失败\n");goto out2;}major=MAJOR(devno);//获取主设备号minor=MINOR(devno);//获取次设备号}printk("申请设备号成功\n");//注册字符设备驱动对象ret=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);if(ret){printk("注册字符设备驱动对象失败\n");goto out3;}printk("注册字符设备驱动对象成功\n");//向上提交目录信息cls=class_create(THIS_MODULE,"myled");if(IS_ERR(cls)){printk("向上提交目录失败\n");ret=-PTR_ERR(cls);goto out4;}printk("向上提交目录成功\n");//向上提交设备节点信息int i;for(i=0;i<3;i++){dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"myled%d",i);if(IS_ERR(dev)){printk("向上提交设备节点信息失败\n");ret=-PTR_ERR(dev);goto out5;}}printk("向上提交设备信息成功\n");dnode=of_find_node_by_path("/myled");if(dnode==NULL) {printk("解析设备树节点失败\n");return -ENXIO;}printk("解析GPIO信息成功\n");//申请gpio对象gpiono1=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led1-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);if(IS_ERR(gpiono1)){printk("申请gpio对象失败\n");return -ENXIO;}printk("申请led1-gpio信息对象成功\n");gpiono2=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led2-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);if(IS_ERR(gpiono2)){printk("申请gpio对象失败\n");return -ENXIO;}printk("申请led2-gpio信息对象成功\n");gpiono3=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led3-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);if(IS_ERR(gpiono3)){printk("申请gpio对象失败\n");return -ENXIO;}printk("申请led3-gpio信息对象成功\n");return 0;
out5://释放前一次提交成功的设备信息for(--i;i>=0;i--){device_destroy(cls,MKDEV(major,i));}class_destroy(cls);//释放目录
out4:cdev_del(cdev);
out3:unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
out2:kfree(cdev);
out1:return ret;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{//灭灯gpiod_set_value(gpiono1,0);gpiod_set_value(gpiono2,0);gpiod_set_value(gpiono3,0);//释放gpio编号gpiod_put(gpiono1);gpiod_put(gpiono2);gpiod_put(gpiono3);//释放节点信息int i;for(i=0;i<3;i++){device_destroy(cls,MKDEV(major,i));}//销毁目录class_destroy(cls);//注销驱动对象cdev_del(cdev);//释放设备号unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);//释放对象空间kfree(cdev);}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

proc.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "head.h"
int main(int argc, const char *argv[])
{char buf[128] = "";int a;int fd;while (1){printf("请选择要打开的灯(1,2,3)\n");scanf(" %d", &a);switch (a){case 1:fd = open("/dev/myled0", O_RDWR);if (fd < 0){printf("设备文件打开失败\n");exit(-1);}printf("打开文件myled0成功\n");break;case 2:fd = open("/dev/myled1", O_RDWR);if (fd < 0){printf("设备文件打开失败\n");exit(-1);}printf("打开文件myled1成功\n");break;case 3:fd = open("/dev/myled2", O_RDWR);if (fd < 0){printf("设备文件打开失败\n");exit(-1);}printf("打开文件myled2成功\n");break;default:printf("请输入范围内的数\n");}int b;printf("请开灯关灯(0/1)\n");scanf(" %d",&b);switch(b){case 1:ioctl(fd,LED_ON);break;case 0:ioctl(fd,LED_OFF);break;default:printf("请输入'0'或'1'\n");}}close(fd);printf("关闭文件\n");		return 0;
}

测试过程：

make arch=arm modname=myled

arm-linux-gnueabihf-gcc proc.c

 cp a.out ~/nfs/rootfs

cp myled.ko ~/nfs/rootfs

insmod myled.ko 

 ./a.out 

 rmmod myled3

测试现象：

linux内核定时器实例代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/timer.h>
struct device_node *dnode;
struct gpio_desc* gpiono;
//分配定时器对象
struct timer_list mytimer;
//设置一个定时器处理函数
void mytimer_func(struct timer_list* timer)
{//LED1一秒亮一秒灭gpiod_set_value(gpiono,!gpiod_get_value(gpiono));//再次启动定时器mod_timer(timer,jiffies+HZ); }
static int __init mycdev_init(void)
{dnode=of_find_node_by_path("/myled");if(dnode==NULL) {printk("解析设备树节点失败\n");return -ENXIO;}printk("解析GPIO信息成功\n");//申请gpio对象gpiono=gpiod_get_from_of_node(dnode,"led1-gpio",0,GPIOD_OUT_LOW,NULL);if(IS_ERR(gpiono)){printk("申请gpio对象失败\n");return -ENXIO;}printk("申请gpio信息对象成功\n");//初始化定时器对象timer_setup(&mytimer,mytimer_func,0);mytimer.expires=jiffies+HZ;//注册定时器add_timer(&mytimer);return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{//注销定时器del_timer(&mytimer);//灭灯gpiod_set_value(gpiono,0);//释放gpio编号gpiod_put(gpiono);}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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