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嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL）开发（二十七）具体单板的LED驱动程序

时间：2023-08-13 14:13:56

文章目录

1.1 怎么写LED驱动程序？1.2 百问网IMX6ULL的LED驱动程序1.2.1 led原理图1.2.2 所涉及的寄存器操作1.2.3 写程序1.2.4 上机实验1.2.5 课后作业

以下板子选用的内核都是4.x版本，操作都是类似的：

rk3399 linux 4.4.154rk3288 linux 4.4.154imx6ul linux 4.9.88am3358 linux 4.9.168

1.1 怎么写LED驱动程序？

详细步骤如下：
① 看原理图确定引脚，确定引脚输出什么电平才能点亮/熄灭LED
②看主芯片手册，确定寄存器操作方法：哪些寄存器？哪些位？地址是？
③ 编写驱动：先写框架，再写硬件操作的代码（上下层）
注意：在芯片手册中确定的寄存器地址被称为物理地址，在Linux内核中无法直接使用。
需要使用内核提供的ioremap把物理地址映射为虚拟地址，使用虚拟地址。

ioremap函数的使用：
① 函数原型：res_cookie物理地址，size范围

使用时，要包含头文件：

② 它的作用：
把物理地址phys_addr开始的一段空间(大小为size)，映射为虚拟地址；返回值是该段虚拟地址的首地址。

virt_addr = ioremap(phys_addr, size);

实际上，它是按页(4096字节)进行映射的，是整页整页地映射的。假设phys_addr=0x10002，size=4，ioremap的内部实现是：
a.phys_addr按页取整，得到地址0x10000
b.size按页取整，得到4096
c. 把起始地址0x10000，大小为4096的这一块物理地址空间，映射到虚拟地址空间，假设得到的虚拟空间起始地址为0xf0010000
d. 那么phys_addr = 0x10002对应的virt_addr =0xf0010002

③ 不再使用该段虚拟地址时，要iounmap(virt_addr)：

假设如下程序访问内存地址，同时访问两次，会发生什么样的事情？

同一个程序，每次运行的结果应该一样。这个程序同时运行两次，每次的结果都是一样。同时运行两次，在内存中有两份代码，他们的地址不同，为何打印出的地址是相同的？
这是MMU在起到作用！MMU:Memory Manager Unit
写APP的人水平有高有低，总不能让完全没有硬件知识的人去直接访问硬件吧？怎么禁止他们直接访问硬件？要用MMU!MMU的两大作用：
1.地址映射：CPU发出同样的地址（虚拟地址），执行不同的APP时候，访问的是由MMU执行这个转换。
2.权限保护：CPU发出的地址，要经过MMU审核之后才可以访问具体的硬件操作。

volatile的使用：
① 编译器很聪明，会帮我们做些优化，比如：

int a;a = 0; // 这句话可以优化掉，不影响a的结果a = 1;

② 有时候编译器会自作聪明，比如：

int *p = ioremap(xxxx, 4); // GPIO寄存器的地址*p = 0; // 点灯，但是这句话被优化掉了*p = 1; // 灭灯

③ 对于上面的情况，为了避免编译器自动优化，需要加上volatile，告诉它“这是容易出错的，别乱优化”：

volatile int *p = ioremap(xxxx, 4); // GPIO寄存器的地址*p = 0; // 点灯，这句话不会被优化掉*p = 1; // 灭灯

1.2 百问网IMX6ULL的LED驱动程序

1.2.1 led原理图

LED原理图如下，它使用GPIO5_IO03，引脚输出低电平时LED被点亮，输出高电平时LED被熄灭：

1.2.2 所涉及的寄存器操作

GPIO模块图如下：

代码中对硬件的操作截图如下，截图便于对比，后面有文字便于复制：

步骤1：使能GPIO5

设置b[31:30]就可以使能GPIO5，设置为什么值呢？
注意：在imx6ullrm.pdf中，CCM_CCGR1的b[31:30]是保留位；我以前写程序时错用了imx6ul(不是imx6ull)的手册，导致程序中额外操作了这些保留位。不去设置b[31:30]，GPIO5也是默认使能的。
看下图，设置为0b11：

① 00：该GPIO模块全程被关闭
② 01：该GPIO模块在CPU run mode情况下是使能的；在WAIT或STOP模式下，关闭
③ 10：保留
④ 11：该GPIO模块全程使能

/* GPIO5_IO03 *//* a. 使能GPIO5* set CCM to enable GPIO5* CCM_CCGR1[CG15] 0x20C406C* bit[31:30] = 0b11*/

步骤2：设置GPIO5_IO03为GPIO模式
设置如下寄存器：

/* b. 设置GPIO5_IO03用于GPIO* set IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3*to configure GPIO5_IO03 as GPIO* IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER30x2290014* bit[3:0] = 0b0101 alt5*/

步骤3：设置GPIO5_IO03为输出引脚，设置其输出电平
寄存器地址为：

设置方向寄存器，把引脚设置为输出引脚：

设置数据寄存器，设置引脚的输出电平：

/* c. 设置GPIO5_IO03作为output引脚* set GPIO5_GDIR to configure GPIO5_IO03 as output* GPIO5_GDIR 0x020AC000 + 0x4* bit[3] = 0b1*//* d. 设置GPIO5_DR输出低电平* set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 0* GPIO5_DR 0x020AC000 + 0* bit[3] = 0b0*//* e. 设置GPIO5_IO3输出高电平* set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 1* GPIO5_DR 0x020AC000 + 0* bit[3] = 0b1*/

1.2.3 写程序

使用GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录：

01_all_series_quickstart\05_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\02_led_drv\02_led_drv_for_boards\fire_imx6ull-pro_src_bin100ask_imx6ull_src_bin

硬件相关的文件是board_fire_imx6ull-pro.c，其他文件跟LED框架驱动程序完全一样。
它首先构造了一个led_operations结构体，用来表示LED的硬件操作：

100 static struct led_operations board_demo_led_opr = {101.num = 1,102.init = board_demo_led_init,103.ctl = board_demo_led_ctl,104 };105

对应的头文件函数如下;

#ifndef _LED_OPR_H#define _LED_OPR_Hstruct led_operations {int num;int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */ int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */};struct led_operations *get_board_led_opr(void);#endif

对应单板的程序:

#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 <asm/io.h>#include "led_opr.h"static volatile unsigned int *CCM_CCGR1;static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR ;static volatile unsigned int *GPIO5_DR ;static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */ {unsigned int val;//printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);if (which == 0){if (!CCM_CCGR1){CCM_CCGR1 = ioremap(0x20C406C, 4);IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x2290014, 4);GPIO5_GDIR= ioremap(0x020AC000 + 0x4, 4);GPIO5_DR = ioremap(0x020AC000 + 0, 4);}/* GPIO5_IO03 *//* a. 使能GPIO5* set CCM to enable GPIO5* CCM_CCGR1[CG15] 0x20C406C* bit[31:30] = 0b11*/*CCM_CCGR1 |= (3<<30);/* b. 设置GPIO5_IO03用于GPIO* set IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3*to configure GPIO5_IO03 as GPIO* IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 0x2290014* bit[3:0] = 0b0101 alt5*/val = *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;val &= ~(0xf);val |= (5);*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = val;/* b. 设置GPIO5_IO03作为output引脚* set GPIO5_GDIR to configure GPIO5_IO03 as output* GPIO5_GDIR 0x020AC000 + 0x4* bit[3] = 0b1*/*GPIO5_GDIR |= (1<<3);}return 0;}static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */{//printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");if (which == 0){if (status) /* on: output 0*/{/* d. 设置GPIO5_DR输出低电平* set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 0* GPIO5_DR 0x020AC000 + 0* bit[3] = 0b0*/*GPIO5_DR &= ~(1<<3);}else /* off: output 1*/{/* e. 设置GPIO5_IO3输出高电平* set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 1* GPIO5_DR 0x020AC000 + 0* bit[3] = 0b1*/ *GPIO5_DR |= (1<<3);}}return 0;}static struct led_operations board_demo_led_opr = {.num = 1,.init = board_demo_led_init,.ctl = board_demo_led_ctl,};struct led_operations *get_board_led_opr(void){return &board_demo_led_opr;}

led_operations结构体中有init函数指针，它指向board_demo_led_init函数，在里面将会初始化LED引脚：使能、设置为GPIO模式、设置为输出引脚。
值得关注的是第35～38行，对于寄存器要先使用ioremap得到它的虚拟地址，以后使用虚拟地址访问寄存器：

21 static volatile unsigned int *CCM_CCGR1;22 static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;23 static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR ;24 static volatile unsigned int *GPIO5_DR ;2526 static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */ 27 {28unsigned int val;2930//printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);31if (which == 0)32{33 if (!CCM_CCGR1)34 {35 CCM_CCGR1 = ioremap(0x20C406C, 4);36 IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x2290014, 4);37 GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC000 + 0x4, 4);38 GPIO5_DR = ioremap(0x020AC000 + 0, 4);39 }4041 /* GPIO5_IO03 */42 /* a. 使能GPIO543* set CCM to enable GPIO544* CCM_CCGR1[CG15] 0x20C406C45* bit[31:30] = 0b1146*/47 *CCM_CCGR1 |= (3<<30);4849 /* b. 设置GPIO5_IO03用于GPIO50* set IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER351*to configure GPIO5_IO03 as GPIO52* IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 0x229001453* bit[3:0] = 0b0101 alt554*/55 val = *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;56 val &= ~(0xf);57 val |= (5);58 *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = val;596061 /* b. 设置GPIO5_IO03作为output引脚62* set GPIO5_GDIR to configure GPIO5_IO03 as output63* GPIO5_GDIR 0x020AC000 + 0x464* bit[3] = 0b165*/66 *GPIO5_GDIR |= (1<<3);67}6869return 0;70 }71led_operations结构体中有ctl函数指针，它指向board_demo_led_ctl函数，在里面将会根据参数设置LED引脚的输出电平：72 static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */73 {74//printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");75if (which == 0)76{77 if (status) /* on: output 0*/78 {79 /* d. 设置GPIO5_DR输出低电平80 * set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 081 * GPIO5_DR 0x020AC000 + 082 * bit[3] = 0b083 */84 *GPIO5_DR &= ~(1<<3);85 }86 else /* off: output 1*/87 {88 /* e. 设置GPIO5_IO3输出高电平89 * set GPIO5_DR to configure GPIO5_IO03 output 190 * GPIO5_DR 0x020AC000 + 091 * bit[3] = 0b192 */93 *GPIO5_DR |= (1<<3);94 }9596}97return 0;98 }99

下面的get_board_led_opr函数供上层调用，给上层提供led_operations结构体：

106 struct led_operations *get_board_led_opr(void)107 {108return &board_demo_led_opr;109 }110

1.2.4 上机实验

首先设置工具链，然后修改驱动程序Makefile指定内核源码路径，就可以编译驱动程序和测试程序了。
启动开发板，挂载NFS文件系统，这样就可以访问到Ubuntu中的文件。最后，就可以在开发板上进行下列测试。
注意：如果要使用板子自带的系统，关闭原有LED驱动的方法是类似的，也是进入开发板/sys/class/leds/目录，对于每一个LED在该目录下都有一个子目录，假设某个子目录名为XXX，则执行如下命令：

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:# 2.1 ARCH,比如: export ARCH=arm64# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-# 2.3 PATH,比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin # 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,# 请参考各开发板的高级用户使用手册KERN_DIR = /home/book/100ask_fire-imx6ull/linux-4.9.88all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f ledtest# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:# ab-y := a.o b.o# obj-m += ab.o# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko100ask_led-y := leddrv.o board_fire_imx6ull-pro.oobj-m+= 100ask_led.o

# echo none > /sys/class/leds/XXX/trigger