linux点灯驱动实验实现

1.用字符串实现LED灯驱动编写

LED灯连接到的是GPIO1_IO03口上，所以我们只需要初始化这个引脚时钟，配置这个引脚和电器属性，我们就可以通过寄存器对LED进行控制。

=========================

2.内存映射

       与STM32等芯片不同的是，linux系统对引脚地址操作不是直接操作地址，而是通过地址映射的方式进行访问，所有的寄存器地址在Linux系统中都会被映射成一个虚拟地址。

        在说映射之前，我们先简单了解一下MMU，MMU全称：MemoryManage Unit，内存管理单元。在老版本的Linux中，为什么有些芯片不能再Linux下运行，比如说STM32，因为STM32没有MMU，虽然现在Linux内核也支持无MMU处理器，但是也没有多少人拿来Linux运行也就是这个主要的原因。MMU具体的功能：

        1、完成虚拟地址到物理地址的映射。

        2、内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储器空间的缓存特性。

        地址映射也就是虚拟地址到物理地址的映射，虚拟地址（VA,Virtual Address）：简单理解为一段没有真正的内存的地址。物理地址（PA， Physcical Address）：实际的内存地址，比如我们说的512MB的DDR3等等。通过MMU可以将物理地址映射到虚拟地址上，但是不是一一对应的关系。比如说：物理内存只有 512MB，虚拟内存有 4GB，那么肯定存在多个虚拟地址映射到同一个物理地址上去，虚拟地址范围比物理地址范围大的问题处理器自会处理。这就叫做地址映射。

 linux地址映射中我们就需要两个函数， 在Linux内核源码arch/arm/include/asm/io.h中定义：

  1、ioremap():将指定的物理地址空间映射为虚拟地址空间。

#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)
 
void __iomem *__arm_ioremap(phys_addr_t, size_t size, unsigned int mtype);
    
//参数说明：
ioremap是个宏定义，真正的函数是__arm_ioremap
phys_addr_t:要映射的物理地址。
size：要映射的内存大小。
mtype:ioremap的类型，可以选择 MT_DEVICE、 MT_DEVICE_NONSHARED、
MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC， ioremap 函数选择 MT_DEVICE。
返回值：__iomem *类型的指针，指向映射后的虚拟空间的地址。

2、iounmap():释放地址映射

        函数原型：

#define iounmap	 __arm_iounmap
 
void __arm_iounmap(volatile void __iomem *addr)
//参数说明：
iounmap也是个宏定义，真正的函数是 __arm_iounmap
addr：要取消地址映射的虚拟地址指针。

==========================

 在LED驱动中我门需要用到的寄存器有：

CCM_CCGR1：GPIO1 clock。地址：0x020C406c。bit27~26

IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03：配置GPIO1_IO03为复用引脚。地址：0x020E0068。bit3~0：设置为0101为GPIO1_IO03模式。

IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03：设置GPIO_IO03的电气属性。配置为0x1b。地址：0x020E02F4。

GPIO1_GDIR：设置GPIO1_IO03的输入输出模式（1：output）。地址：0x0209c004。bit3

GPIO1_DR：GPIO1_IO03的数据。地址：0X0209C000。bit3

============================

3.内核读写函数

内核提供了一套读写API函数供我们对映射虚拟地址进行访问。

  1、读操作函数：

   头文件：Linux内核源码arch/arm/include/asm/io.h

#define readb(c)		({ u8  __v = readb_relaxed(c); __iormb(); __v; })
#define readw(c)		({ u16 __v = readw_relaxed(c); __iormb(); __v; })
#define readl(c)		({ u32 __v = readl_relaxed(c); __iormb(); __v; })
 
#define readb_relaxed(c) ({ u8  __r = __raw_readb(c); __r; })
#define readw_relaxed(c) ({ u16 __r = le16_to_cpu((__force __le16) \
					__raw_readw(c)); __r; })
#define readl_relaxed(c) ({ u32 __r = le32_to_cpu((__force __le32) \
					__raw_readl(c)); __r; })

最终读操作函数形式：

 u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
 u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
 u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

 2、写操作函数：

#define writeb(v,c)		({ __iowmb(); writeb_relaxed(v,c); })
#define writew(v,c)		({ __iowmb(); writew_relaxed(v,c); })
#define writel(v,c)		({ __iowmb(); writel_relaxed(v,c); })
 
 
#define writeb_relaxed(v,c)	__raw_writeb(v,c)
#define writew_relaxed(v,c)	__raw_writew((__force u16) cpu_to_le16(v),c)
#define writel_relaxed(v,c)	__raw_writel((__force u32) cpu_to_le32(v),c)

   最终写操作函数形式： 

 void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
 void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
 void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

============================

4.开发板上LED驱动代码
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>


#define NEWCHRLED_NAME  "newchrled"
#define NEWCHRLED_COUNT 1

/* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE              (0X020C406C)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE      (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE      (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE               (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE             (0X0209C004)


/* 地址映射后的虚拟地址指针 */
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;

#define LEDOFF  0       /* 关闭 */
#define LEDON   1       /* 打开 */



/* LED设备结构体 */
struct newchrled_dev{
    struct cdev cdev;       /* 字符设备 */
    dev_t   devid;          /* 设备号 */
    struct class *class;    /* 类 */
    struct device *device;  /* 设备 */
    int major;              /* 主设备号 */
    int minor;              /* 次设备号 */

};

struct newchrled_dev newchrled; /* led设备 */

/* LED灯打开/关闭 */
static void led_switch(u8 sta)
{
    u32 val = 0;

    if(sta == LEDON) {
        val = readl(GPIO1_DR);
        val &= ~(1 << 3);            /* bit3清零,打开LED灯 */
        writel(val, GPIO1_DR); 
    } else if(sta == LEDOFF) {
        val = readl(GPIO1_DR);
        val |= (1 << 3);            /* bit3清零,打开LED灯 */
        writel(val, GPIO1_DR);
    }
}

static int newchrled_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    filp->private_data = &newchrled;
    return 0;
}

static int newchrled_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct newchrled_dev *dev = (struct newchrled_dev*)filp->private_data;
    
    return 0;
}

static ssize_t newchrled_write(struct file *filp, const char __user *buf,
			 size_t count, loff_t *ppos)
{
    int retvalue;
    unsigned char databuf[1];

    retvalue = copy_from_user(databuf, buf, count);
    if(retvalue < 0) {
        printk("kernel write failed!\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    /* 判断是开灯还是关灯 */
    led_switch(databuf[0]);

    return 0;
}

static const struct file_operations newchrled_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .write	= newchrled_write,
	.open	= newchrled_open,
	.release= newchrled_release,
};

/*入口 */
static int __init newchrled_init(void)
{
    int ret = 0;
    unsigned int val = 0;
    printk("newchrled_init\r\n");
    /* 1,初始化LED灯,地址映射 */
    IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);
    SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);
    SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);
    GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);
    GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);

    /* 2,初始化 */
    val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
    val &= ~(3 << 26);  /* 先清除以前的配置bit26,27 */
    val |= 3 << 26;     /* bit26,27置1 */
    writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);
 
    writel(0x5, SW_MUX_GPIO1_IO03);     /* 设置复用 */
    writel(0X10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);  /* 设置电气属性 */

    val = readl(GPIO1_GDIR);
    val |= 1 << 3;              /* bit3置1,设置为输出 */
    writel(val, GPIO1_GDIR);

    val = readl(GPIO1_DR);
    val |= (1 << 3);            /* bit3置1,关闭LED灯 */
    writel(val, GPIO1_DR);

    newchrled.major = 0;    /* 设置为0,表示由系统申请设备号 */

    /* 2，注册字符设备 */
    if(newchrled.major){    /* 给定主设备号 */
        newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
        ret = register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT, NEWCHRLED_NAME);
    } else {                /* 没有给定主设备号 */
        ret = alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_COUNT, NEWCHRLED_NAME);
        newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);
        newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);
    }
    if(ret < 0) {
        printk("newchrled chrdev_region err!\r\n");
        goto fail_devid;
    }
    printk("newchrled major=%d, minor=%d\r\n", newchrled.major, newchrled.minor);

    /* 3,注册字符设备 */
    newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);
    ret = cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT);
    if(ret < 0) {
        goto fail_cdev;
    }

    /* 4,自动创建设备节点 */
    newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.class)) {
        ret = PTR_ERR(newchrled.class);
		goto fail_class;
    }

    newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL,
			     newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.device)) {
        ret = PTR_ERR(newchrled.device);
        goto fail_device;
    }
		
    return 0;

fail_device:
    class_destroy(newchrled.class);
fail_class:
    cdev_del(&newchrled.cdev);
fail_cdev:
    unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT);
fail_devid:
	return ret; 
}

/* 出口 */
static void __exit newchrled_exit(void)
{
   
    unsigned int val = 0;
    printk("newchrled_exit\r\n");

    val = readl(GPIO1_DR);
    val |= (1 << 3);            /* bit3清零,打开LED灯 */
    writel(val, GPIO1_DR);

    /* 1,取消地址映射 */
    iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
    iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
    iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
    iounmap(GPIO1_DR);
    iounmap(GPIO1_GDIR);

    /* 1,删除字符设备 */
    cdev_del(&newchrled.cdev);

    /* 2,注销设备号 */
    unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT);

    /* 3,摧毁设备 */
    device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);

    /* 4,摧毁类 */
    class_destroy(newchrled.class);
}

/* 注册和卸载驱动 */
module_init(newchrled_init);
module_exit(newchrled_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
5.应用层代码
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>


/*
 *argc:应用程序参数个数
 *argv[]:具体的参数内容，字符串形式 
 *./ledAPP  <filename>  <0:1> 0表示关灯，1表示开灯
 * ./ledAPP /dev/led 0    关灯
 * ./ledAPP /dev/led 1    开灯
 */

#define LEDOFF 0
#define LEDON 1

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, retvalue;
    char *filename;
    unsigned char databuf[1];


    if(argc != 3) {
        printf("Error Usage!\r\n");
        return -1;
    }

    filename = argv[1];

    fd = open(filename, O_RDWR);
    if(fd < 0) {
        printf("file %s open failed!\r\n", filename);
        return -1;
    }

    databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 将字符转换为数字 */

    retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
    if(retvalue < 0) {
        printf("LED Control Failed!\r\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

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