韦东山嵌入式学习--基于 GPIO 子系统的 LED 驱动程序

设备树

我们需要编写设备树文件(dts: device tree source)，它需要编译为 dtb(device tree blob)文件，
内核使用的是 dtb 文件
内核对设备树的处理：
从源代码文件 dts 文件开始，设备树的处理过程为

① dts 在 PC 机上被编译为 dtb 文件；
② u-boot 把 dtb 文件传给内核；
③ 内核解析 dtb 文件，把每一个节点都转换为 device_node 结构体；
④ 对于某些 device_node 结构体，会被转换为 platform_device 结构体
从设备树转换得来的 platform_device 会被注册进内核里，以后当我们每注册一个 platform_driver
时，它们就会两两确定能否配对，如果能配对成功就调用 platform_driver 的 probe 函数。

Pinctrl 子系统

把引脚的复用、配置抽出来，做成 Pinctrl 子系统，给 GPIO、I2C 等模块使用。

让我们在使用某个引脚功能时不用去一个个查芯片手册。

这会涉及 2 个对象：pin controller、client device。
前者提供服务：可以用它来复用引脚、配置引脚。
后者使用服务：声明自己要使用哪些引脚的哪些功能，怎么配置它们。

GPIO 子系统

在几乎所有 ARM 芯片中，GPIO 都分为几组，每组中有若干个引脚。所以在使用 GPIO 子系统之前，就要先确定：它是哪组的？组里的哪一个？
在设备树中，“GPIO 组”就是一个 GPIO Controller，这通常都由芯片厂家设置好。我们要做的是找到
它名字，比如“gpio1”，然后指定要用它里面的哪个引脚，比如<&gpio1 0>。

定义 GPIO  Controller 是芯片厂家的事，我们怎么引用某个引脚呢？在自己的设备节点中使用属性

“[-]gpios”

在驱动代码中调用 GPIO 子系统，GPIO 子系统有两套接口：基于描述符的(descriptor-based)、老的(legacy)。前者的函数都有前缀“gpiod_”，它使用 gpio_desc 结构体来表示一个引脚；后者的函数都有前缀“gpio_”，它使用一个整数来
表示一个引脚。

基于 GPIO 子系统的 LED 驱动程序

有了GPIO子系统，就不用前面那么多文件了，只用一个文件就可以实现通用的基于 GPIO 子系统的 LED 驱动程序。

GPIO 的地位跟其他模块，比如 I2C、 UART 的地方是一样的，要使用某个引脚，需要先把引脚配置为 GPIO功能，这要使用 Pinctrl 子系统，只需要在设备树里指定就可以（这个配置有工具可以生成）。在驱动代码上不需要我们做任何事情。GPIO 本身需要确定引脚，这也需要在设备树里指定。设备树节点会被内核转换为platform_device。对应的，驱动代码中要注册一个 platform_driver，在 probe 函数中：获得引脚、注册 file_operations。在 file_operations 中：设置方向、读值/写值。

完整代码

#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>


/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
static struct gpio_desc *led_gpio;


/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	//struct inode *inode = file_inode(file);
	//int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	gpiod_set_value(led_gpio, status);//在 write 函数中调用 GPIO 函数设置引脚值：
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	//int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	gpiod_direction_output(led_gpio, 0);//在 open 函数中调用 GPIO 函数设置引脚方向：
	
	return 0;
}

static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_drv_close,
};






//根据标号看调用思路
/* 4. 从platform_device获得GPIO
 *    把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序
 */
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
	//int err;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	/* 4.1 设备树中定义有: led-gpios=<...>;	*///led-gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    led_gpio = gpiod_get(&pdev->dev, "led", 0);//从该设备(对应设备树中的设备节点)获取名为“led”的引脚。在设备树中，必定有一属性名为“led-gpios”或“led-gpio”。
	if (IS_ERR(led_gpio)) {
		dev_err(&pdev->dev, "Failed to get GPIO for led\n");
		return PTR_ERR(led_gpio);
	}
    
	/* 4.2 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */

	led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "led");
		gpiod_put(led_gpio);
		return PTR_ERR(led_class);
	}

	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_led%d", 0); /* /dev/100ask_led0 */
        
    return 0;
    
}

static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
	gpiod_put(led_gpio);//释放 GPIO：
    
    return 0;
}


static const struct of_device_id ask100_leds[] = {
    { .compatible = "100ask,leddrv" },//100ask,leddrv"，它会跟设备树中节点的 compatible 对应：
    { },
};

/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {
    .probe      = chip_demo_gpio_probe,
    .remove     = chip_demo_gpio_remove,
    .driver     = {
        .name   = "100ask_led",
        .of_match_table = ask100_leds,
    },
};

/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
/*从设备树转换得来的 platform_device 会被注册进内核里，以后当我们每注册一个 platform_driver
时，它们就会两两确定能否配对，如果能配对成功就调用 platform_driver 的 probe 函数。*/
static int __init led_init(void)
{
    int err;
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
    err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver); 
	
	return err;
}

/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
 *     卸载platform_driver
 */
static void __exit led_exit(void)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

    platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);
}


/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

修改设备树文件
确定引脚并生成设备树节点，NXP 公司对于 IMX6ULL 芯片，有设备树生成工具，安装“ Pins_Tool_for_i.MX_Processors_v6_x64.exe ” 后 运 行 ， 打 开 IMX6ULL 的 配 置 文 件
“MCIMX6Y2xxx08.mex”，就可以在 GUI 界面中选择引脚，配置它的功能，这就可以自动生成 Pinctrl 的子节点信息。
100ASK_IMX6ULL 使用的 LED 原理图如下，可知引脚是 GPIO5_3：

你指定好引脚，工具会帮你把Pinctrl对应的设备树代码生成
把自动生成的设备树信息，放到内核源码 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts 中

a. Pinctrl 信息：

&iomuxc_snvs {
……
myled_for_gpio_subsys: myled_for_gpio_subsys{ 
fsl,pins = <
MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03 0x000110A0
>;
};

b. 设备节点信息(放在根节点下)：

myled {
compatible = "100ask,leddrv";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&myled_for_gpio_subsys>;//这里与上面的名字相同
led-gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;//gpio5 低电平有效
};

测试

原来的这个led被用来作为cpu的指示灯
要在设备树文件中搜索出来，然后disable一下

然后把设备树拷贝到开发板的/boot目录下，更新设备树，然后reboot,然后insmod就行了

 insmod leddrv.ko
 ls /dev/100ask_led0
 ./ledtest /dev/100ask_led0 on
 ./ledtest /dev/100ask_led0 off