正点原子imx6ull-mini-Linux驱动之platform设备驱动实验(14)

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作者
猴君
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我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单,都是对IO进行最简单的读写操作像I2C、 SPI、LCD 等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了,Linux 系统要考虑到驱动的可重用性,因此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路,在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的 platform 设备驱动,也叫做平台设备驱动。本章我们就来学习一下 Linux 下的驱动分离与分层, 以及 platform 框架下的设备驱动该如何编写。平台设备驱动也属于字符设备驱动

1:Linux 驱动的分离与分层

1.1:驱动的分隔与分离

对于 Linux 这样一个成熟、庞大、复杂的操作系统,代码的重用性非常重要,否则的话就 会在 Linux 内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序,因为驱动程序占用了 Linux 内核代码量的大头,如果不对驱动程序加以管理,任由重复的代码肆意增加,那么用不了多久 Linux 内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。 假如现在有三个平台 A、B 和 C,这三个平台(这里的平台说的是 SOC)上都有 MPU6050 这 个 I2C 接口的六轴传感器,按照我们写裸机 I2C 驱动的时候的思路,每个平台都有一个MPU6050 的驱动,因此编写出来的最简单的驱动框架如图 54.1.1 所示:

从图 54.1.1.1 可以看出,每种平台下都有一个主机驱动和设备驱动,主机驱动肯定是必须 要的,毕竟不同的平台其 I2C 控制器不同。但是右侧的设备驱动就没必要每个平台都写一个, 因为不管对于那个 SOC 来说,MPU6050 都是一样,通过 I2C 接口读写数据就行了,只需要一 个 MPU6050 的驱动程序即可。如果再来几个 I2C 设备,比如 AT24C02、FT5206(电容触摸屏) 等,如果按照图 54.1.1 中的写法,那么设备端的驱动将会重复的编写好几次。显然在 Linux 驱 动程序中这种写法是不推荐的,最好的做法就是每个平台的 I2C 控制器都提供一个统一的接口 (也叫做主机驱动),每个设备的话也只提供一个驱动程序(设备驱动),每个设备通过统一的 I2C 接口驱动来访问,这样就可以大大简化驱动文件,比如 54.1.1 中三种平台下的 MPU6050 驱动 框架就可以简化为图 54.1.1.2 所示: 

实际的 I2C 驱动设备肯定有很多种,不止 MPU6050 这一个,那么实际的驱动架构如图 54.1.1.3 所示: 

 这个就是驱动的分隔,也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来,比如 I2C、SPI 等等都会采 用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。在实际的驱动开发中,一般 I2C 主机控制器驱动已经由 半导体厂家编写好了,而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了,我们只需要提供设备信 息即可,比如 I2C 设备的话提供设备连接到了哪个 I2C 接口上,I2C 的速度是多少等等。相当 于将设备信息从设备驱动中剥离开来,驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获 取到设备信息),然后根据获取到的设备信息来初始化设备。 这样就相当于驱动只负责驱动, 设备只负责设备,想办法将两者进行匹配即可。这个就是 Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和 设备(device)模型,也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老,负责给两者牵线 搭桥,如图 54.1.1.4 所示:

当我们向系统注册一个驱动的时候,总线就会在右侧的设备中查找,看看有没有与之匹配 的设备,如果有的话就将两者联系起来。同样的,当向系统中注册一个设备的时候,总线就会 在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备,有的话也联系起来。Linux 内核中大量的驱动 程序都采用总线、驱动和设备模式,我们一会要重点讲解的 platform 驱动就是这一思想下的产 物。

1.2:驱动的分层

上一小节讲了驱动的分隔与分离,本节我们来简单看一下驱动的分层,大家应该听说过网 络的 7 层模型,不同的层负责不同的内容。同样的,Linux 下的驱动往往也是分层的,分层的目 的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统, 后面会有专门的章节详细的讲解)为例,简单介绍一下驱动的分层。input 子系统负责管理所有 跟输入有关的驱动,包括键盘、鼠标、触摸等,最底层的就是设备原始驱动,负责获取输入设 备的原始值,获取到的输入事件上报给 input 核心层。input 核心层会处理各种 IO 模型,并且提 供 file_operations 操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即 可,至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的,我们不用管。可以看出借助分层模 型可以极大的简化我们的驱动编写,对于驱动编写来说非常的友好。

2:platform 平台驱动模型简介

前面我们讲了设备驱动的分离,并且引出了总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型,比 如 I2C、SPI、USB 等总线。但是在 SOC 中有些外设是没有总线这个概念的,但是又要使用总 线、驱动和设备模型该怎么办呢?为了解决此问题,Linux 提出了 platform 这个虚拟总线,相应 的就有 platform_driver 和 platform_device。

2.1:platform 总线

Linux系统内核使用bus_type结构体表示总线,此结构体定义在文件include/linux/device.h, bus_type 结构体内容如下:

struct bus_type {     const char *name; /* 总线名字 */     const char *dev_name;      struct device *dev_root;     struct device_attribute *dev_attrs;     const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性 */     const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性 */     const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性 */      int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);     int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);     int (*probe)(struct device *dev);     int (*remove)(struct device *dev);     void (*shutdown)(struct device *dev);      int (*online)(struct device *dev);     int (*offline)(struct device *dev);     int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);     int (*resume)(struct device *dev);     const struct dev_pm_ops *pm;     const struct iommu_ops *iommu_ops;     struct subsys_private *p;     struct lock_class_key lock_key; };

第 10 行,match 函数,此函数很重要,单词 match 的意思就是“匹配、相配”,因此此函数 就是完成设备和驱动之间匹配的,总线就是使用 match 函数来根据注册的设备来查找对应的驱 动,或者根据注册的驱动来查找相应的设备,因此每一条总线都必须实现此函数。match 函数有 两个参数:dev 和 drv,这两个参数分别为 device 和 device_driver 类型,也就是设备和驱动。 platform 总线是 bus_type 的一个具体实例,定义在文件 drivers/base/platform.c,platform 总 线定义如下:

 struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", .dev_groups = platform_dev_groups, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .pm = &platform_dev_pm_ops, };

platform_bus_type 就是 platform 平台总线,其中 platform_match 就是匹配函数。我们来看 一下驱动和设备是如何匹配的,platform_match 函数定义在文件 drivers/base/platform.c 中,函 数内容如下所示:

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) {     struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);     struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);      /*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/     if (pdev->driver_override)         return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);          /* Attempt an OF style match first */     if (of_driver_match_device(dev, drv))         return 1;      /* Then try ACPI style match */     if (acpi_driver_match_device(dev, drv))         return 1;      /* Then try to match against the id table */     if (pdrv->id_table)         return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;      /* fall-back to driver name match */     return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0); }

驱动和设备的匹配有四种方法,我们依次来看一下: 第 11~12 行,第一种匹配方式, OF 类型的匹配,也就是设备树采用的匹配方式, of_driver_match_device 函数定义在文件 include/linux/of_device.h 中。device_driver 结构体(表示 设备驱动)中有个名为of_match_table的成员变量,此成员变量保存着驱动的compatible匹配表, 设备树中的每个设备节点的 compatible 属性会和 of_match_table 表中的所有成员比较,查看是 否有相同的条目,如果有的话就表示设备和此驱动匹配,设备和驱动匹配成功以后 probe 函数 就会执行。 第 15~16 行,第二种匹配方式,ACPI 匹配方式。 第 19~20 行,第三种匹配方式,id_table 匹配,每个 platform_driver 结构体有一个 id_table 成员变量,顾名思义,保存了很多 id 信息。这些 id 信息存放着这个 platformd 驱动所支持的驱 动类型。 第 23 行,第四种匹配方式,如果第三种匹配方式的 id_table 不存在的话就直接比较驱动和 设备的 name 字段,看看是不是相等,如果相等的话就匹配成功。 对于支持设备树的 Linux 版本号,一般设备驱动为了兼容性都支持设备树和无设备树两种 匹配方式。也就是第一种匹配方式一般都会存在,第三种和第四种只要存在一种就可以,一般 用的最多的还是第四种,也就是直接比较驱动和设备的 name 字段,毕竟这种方式最简单了。

2.2:platform 驱动

platform_driver 结 构 体 表 示 platform 驱动,此结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中,内容如下:

struct platform_driver {     int (*probe)(struct platform_device *);     int (*remove)(struct platform_device *);     void (*shutdown)(struct platform_device *);     int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);     int (*resume)(struct platform_device *);     struct device_driver driver;     const struct platform_device_id *id_table;     bool prevent_deferred_probe; };

第 2 行,probe 函数,当驱动与设备匹配成功以后 probe 函数就会执行,非常重要的函数!! 一般驱动的提供者会编写,如果自己要编写一个全新的驱动,那么 probe 就需要自行实现

第 7 行,driver 成员,为 device_driver 结构体变量,Linux 内核里面大量使用到了面向对象 的思维,device_driver 相当于基类,提供了最基础的驱动框架。plaform_driver 继承了这个基类, 然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。

第 8 行,id_table 表,也就是我们上一小节讲解 platform 总线匹配驱动和设备的时候采用的 第三种方法,id_table 是个表(也就是数组),每个元素的类型为 platform_device_id, platform_device_id 结构体内容如下:

struct platform_device_id { char name[PLATFORM_NAME_SIZE]; kernel_ulong_t driver_data; }; 

device_driver 结构体定义在 include/linux/device.h,device_driver 结构体内容如下:

 struct device_driver {     const char *name;     struct bus_type *bus;          struct module *owner;     const char *mod_name; /* used for built-in modules */      bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */      const struct of_device_id *of_match_table;     const struct acpi_device_id *acpi_match_table;      int (*probe) (struct device *dev);     int (*remove) (struct device *dev);     void (*shutdown) (struct device *dev);     int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);     int (*resume) (struct device *dev);     const struct attribute_group **groups;      const struct dev_pm_ops *pm;      struct driver_private *p; };

第 10 行,of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表,同样是数组,每个匹 配项都为 of_device_id 结构体类型,此结构体定义在文件 include/linux/mod_devicetable.h 中,内 容如下:

struct of_device_id {     char name[32];     char type[32];     char compatible[128];     const void *data; }; 

第 4 行的 compatible 非常重要,因为对于设备树而言,就是通过设备节点的 compatible 属 性值和 of_match_table 中每个项目的 compatible 成员变量进行比较,如果有相等的就表示设备 和此驱动匹配成功。 在编写 platform 驱动的时候,首先定义一个 platform_driver 结构体变量,然后实现结构体 中的各个成员变量,重点是实现匹配方法以及 probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后 probe 函数就会执行,具体的驱动程序在 probe 函数里面编写,比如字符设备驱动等等。 当我们定义并初始化好 platform_driver 结构体变量以后,需要在驱动入口函数里面调用 platform_driver_register 函数向 Linux 内核注册一个 platform 驱动,platform_driver_register 函数 原型如下所示:

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)

函数参数和返回值含义如下: driver:要注册的 platform 驱动。 返回值:负数,失败;0,成功。 还需要在驱动卸载函数中通过 platform_driver_unregister 函数卸载 platform 驱动, platform_driver_unregister 函数原型如下:

void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv) 

函数参数和返回值含义如下:

drv:要卸载的 platform 驱动。

返回值:无。 platform 驱动框架如下所示:

/* 设备结构体 */ struct xxx_dev{ struct cdev cdev; /* 设备结构体其他具体内容 */ };  struct xxx_dev xxxdev; /* 定义个设备结构体变量 */  static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp) {   /* 函数具体内容 */  return 0;  }  static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)  {  /* 函数具体内容 */  return 0;  }   /* * 字符设备驱动操作集 */ static struct file_operations xxx_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = xxx_open, .write = xxx_write, };   /* * platform 驱动的 probe 函数  * 驱动与设备匹配成功以后此函数就会执行  */ static int xxx_probe(struct platform_device *dev) {  ...... cdev_init(&xxxdev.cdev, &xxx_fops); /* 注册字符设备驱动 */ /* 函数具体内容 */ return 0;  }  static int xxx_remove(struct platform_device *dev)  {  ......  cdev_del(&xxxdev.cdev);/* 删除 cdev */  /* 函数具体内容 */  return 0;  }   /* 匹配列表 */  static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {  { .compatible = "xxx-gpio" },  { /* Sentinel */ }  };   /*   * platform 平台驱动结构体  */  static struct platform_driver xxx_driver = {  .driver = {  .name = "xxx",  .of_match_table = xxx_of_match,  },  .probe = xxx_probe, .remove = xxx_remove,  };    /* 驱动模块加载 */  static int __init xxxdriver_init(void) {  return platform_driver_register(&xxx_driver);  }   /* 驱动模块卸载 */  static void __exit xxxdriver_exit(void)  {  platform_driver_unregister(&xxx_driver);  }   module_init(xxxdriver_init); module_exit(xxxdriver_exit);  MODULE_LICENSE("GPL");  MODULE_AUTHOR("zuozhongkai"); 

第 1~27 行,传统的字符设备驱动,所谓的 platform 驱动并不是独立于字符设备驱动、块设 备驱动和网络设备驱动之外的其他种类的驱动。platform 只是为了驱动的分离与分层而提出来 的一种框架,其驱动的具体实现还是需要字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动。 第 33~39 行,xxx_probe 函数,当驱动和设备匹配成功以后此函数就会执行,以前在驱动 入口 init 函数里面编写的字符设备驱动程序就全部放到此 probe 函数里面。比如注册字符设备 驱动、添加 cdev、创建类等等。 第 41~47 行,xxx_remove 函数,platform_driver 结构体中的 remove 成员变量,当关闭 platfor 备驱动的时候此函数就会执行,以前在驱动卸载 exit 函数里面要做的事情就放到此函数中来。 比如,使用 iounmap 释放内存、删除 cdev,注销设备号等等。 第 50~53 行,xxx_of_match 匹配表,如果使用设备树的话将通过此匹配表进行驱动和设备 的匹配。第 51 行设置了一个匹配项,此匹配项的 compatible 值为“xxx-gpio”,因此当设备树中 设备节点的 compatible 属性值为“xxx-gpio”的时候此设备就会与此驱动匹配。第 52 行是一个 标记,of_device_id 表最后一个匹配项必须是空的。 第 58~65 行,定义一个 platform_driver 结构体变量 xxx_driver,表示 platform 驱动,第 59~62 行设置 paltform_driver 中的 device_driver 成员变量的 name 和 of_match_table 这两个属性。其中 name 属性用于传统的驱动与设备匹配,也就是检查驱动和设备的 name 字段是不是相同。 of_match_table 属性就是用于设备树下的驱动与设备检查。对于一个完整的驱动程序,必须提供 有设备树和无设备树两种匹配方法。最后 63 和 64 这两行设置 probe 和 remove 这两成员变量。 第68~71行,驱动入口函数,调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform 驱动,也就是上面定义的 xxx_driver 结构体变量。 第 74~77 行,驱动出口函数,调用 platform_driver_unregister 函数卸载前面注册的 platform 驱动。

总体来说,platform 驱动还是传统的字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动,只是套 上了一张“platform”的皮,目的是为了使用总线、驱动和设备这个驱动模型来实现驱动的分 离与分层

2.3: platform 设备

platform 驱动已经准备好了,我们还需要 platform 设备,否则的话单单一个驱动也做不了 什么。platform_device 这个结构体表示 platform 设备,这里我们要注意,如果内核支持设备树 的话就不要再使用 platform_device 来描述设备了,因为改用设备树去描述了。当然了,你如果 一定要用 platform_device 来描述设备信息的话也是可以的。platform_device 结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中,结构体内容如下:

struct platform_device {     const char *name;      int id;      bool id_auto;     struct device dev;     u32 num_resources;      struct resource *resource;      const struct platform_device_id *id_entry;     char *driver_override; /* Driver name to force a match */      /* MFD cell pointer */     struct mfd_cell *mfd_cell;      /* arch specific additions */     struct pdev_archdata archdata; }; 

第 23 行,name 表示设备名字,要和所使用的 platform 驱动的 name 字段相同,否则的话设 备就无法匹配到对应的驱动。比如对应的 platform 驱动的 name 字段为“xxx-gpio”,那么此 name 字段也要设置为“xxx-gpio”。 第 27 行,num_resources 表示资源数量,一般为第 28 行 resource 资源的大小。 第 28 行,resource 表示资源,也就是设备信息,比如外设寄存器等。Linux 内核使用 resource 结构体表示资源,resource 结构体内容如下:

struct resource {     resource_size_t start;     resource_size_t end;     const char *name;     unsigned long flags;     struct resource *parent, *sibling, *child; }; 

start 和 end 分别表示资源的起始和终止信息,对于内存类的资源,就表示内存起始和终止 地址,name 表示资源名字,flags 表示资源类型,可选的资源类型都定义在了文件 include/linux/ioport.h 里面,如下所示:

#define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */  #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */ #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */ #define IORESOURCE_MEM 0x00000200 #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */ #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400 #define IORESOURCE_DMA 0x00000800 #define IORESOURCE_BUS 0x00001000 ...... /* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */ #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

在以前不支持设备树的Linux版本中,用户需要编写platform_device变量来描述设备信息, 然后使用 platform_device_register 函数将设备信息注册到 Linux 内核中,此函数原型如下所示:

int platform_device_register(struct platform_device *pdev) 

函数参数和返回值含义如下:

pdev:要注册的 platform 设备。

返回值:负数,失败;0,成功。

如果不再使用 platform 的话可以通过 platform_device_unregister 函数注销掉相应的 platform 设备,platform_device_unregister 函数原型如下:

void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev) 

函数参数和返回值含义如下:

pdev:要注销的 platform 设备。

返回值:无。

platform 设备信息框架如下所示:

 /* 寄存器地址定义*/ #define PERIPH1_REGISTER_BASE (0X20000000) /* 外设 1 寄存器首地址 */  #define PERIPH2_REGISTER_BASE (0X020E0068) /* 外设 2 寄存器首地址 */ #define REGISTER_LENGTH 4  /* 资源 */ static struct resource xxx_resources[] = {     [0] = {         .start = PERIPH1_REGISTER_BASE,         .end = (PERIPH1_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),         .flags = IORESOURCE_MEM,         },      [1] = {         .start = PERIPH2_REGISTER_BASE,         .end = (PERIPH2_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),         .flags = IORESOURCE_MEM,         }, };  /* platform 设备结构体 */ static struct platform_device xxxdevice = {     .name = "xxx-gpio",     .id = -1,     .num_resources = ARRAY_SIZE(xxx_resources),     .resource = xxx_resources, };  /* 设备模块加载 */ static int __init xxxdevice_init(void) {     return platform_device_register(&xxxdevice); }  /* 设备模块注销 */ static void __exit xxx_resourcesdevice_exit(void) {     platform_device_unregister(&xxxdevice); }  module_init(xxxdevice_init); module_exit(xxxdevice_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

第 7~18 行,数组 xxx_resources 表示设备资源,一共有两个资源,分别为设备外设 1 和外 设 2 的寄存器信息。因此 flags 都为 IORESOURCE_MEM,表示资源为内存类型的。 第 21~26 行,platform 设备结构体变量,注意 name 字段要和所使用的驱动中的 name 字段 一致,否则驱动和设备无法匹配成功。num_resources 表示资源大小,其实就是数组 xxx_resources 的元素数量,这里用 ARRAY_SIZE 来测量一个数组的元素个数。 第 29~32 行,设备模块加载函数,在此函数中调用 platform_device_register 向 Linux 内核注 册 platform 设备。 第 35~38 行,设备模块卸载函数,在此函数中调用 platform_device_unregister 从 Linux 内核 中卸载 platform 设备。

示例代码 54.2.3.4 主要是在不支持设备树的 Linux 版本中使用的,当 Linux 内核支持了设 备树以后就不需要用户手动去注册 platform 设备了。因为设备信息都放到了设备树中去描述, Linux 内核启动的时候会从设备树中读取设备信息,然后将其组织成 platform_device 形式,至于设备树到 platform_device 的具体过程就不去详细的追究了,感兴趣的可以去看一下,网上也 有很多博客详细的讲解了整个过程。 关于 platform 下的总线、驱动和设备就讲解到这里,我们接下来就使用 platform 驱动框架 来编写一个 LED 灯驱动,本章我们不使用设备树来描述设备信息,我们采用自定义 platform_device这种“古老”方式来编写LED的设备信息。下一章我们来编写设备树下的platform 驱动,这样我们就掌握了无设备树和有设备树这两种 platform 驱动的开发方式。

3:试验程序编写

本章实验我们需要编写一个驱动模块和一个设备模块,其中驱动模块是 platform 驱动程序, 设备模块是 platform 的设备信息。当这两个模块都加载成功以后就会匹配成功,然后 platform 驱动模块中的 probe 函数就会执行,probe 函数中就是传统的字符设备驱动那一套。

3.1:platform 设备与驱动程序编写

新建名为“17_platform”的文件夹,然后在 17_platform 文件夹里面创建 vscode 工程,工作 区命名为“platform”。新建名为 leddevice.c 和 leddriver.c 这两个文件,这两个文件分别为 LED 灯的 platform 设备文件和 LED 灯的 platform 的驱动文件。在 leddevice.c 中输入如下所示内容:

#include <linux/types.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/ide.h> #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/gpio.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #include <linux/of_gpio.h> #include <linux/semaphore.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/irq.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/poll.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/fcntl.h> #include <linux/platform_device.h> #include <asm/mach/map.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/io.h>  /*************************************************************** Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名		: leddevice.c 作者	  	: 左忠凯 版本	   	: V1.0 描述	   	: platform设备 其他	   	: 无 论坛 	   	: www.openedv.com 日志	   	: 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建 ***************************************************************/  /*   * 寄存器地址定义  */ #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) #define REGISTER_LENGTH				4  /* @description		: 释放flatform设备模块的时候此函数会执行	  * @param - dev 	: 要释放的设备   * @return 			: 无  */ static void	led_release(struct device *dev) { 	printk("led device released!\r\n");	 }  /*    * 设备资源信息,也就是LED0所使用的所有寄存器  */ static struct resource led_resources[] = { 	[0] = { 		.start 	= CCM_CCGR1_BASE, 		.end 	= (CCM_CCGR1_BASE + REGISTER_LENGTH - 1), 		.flags 	= IORESOURCE_MEM, 	},	 	[1] = { 		.start	= SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 		.end	= (SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1), 		.flags	= IORESOURCE_MEM, 	}, 	[2] = { 		.start	= SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 		.end	= (SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1), 		.flags	= IORESOURCE_MEM, 	}, 	[3] = { 		.start	= GPIO1_DR_BASE, 		.end	= (GPIO1_DR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1), 		.flags	= IORESOURCE_MEM, 	}, 	[4] = { 		.start	= GPIO1_GDIR_BASE, 		.end	= (GPIO1_GDIR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1), 		.flags	= IORESOURCE_MEM, 	}, };   /*  * platform设备结构体   */ static struct platform_device leddevice = { 	.name = "imx6ul-led", 	.id = -1, 	.dev = { 		.release = &led_release, 	}, 	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources), 	.resource = led_resources, }; 		 /*  * @description	: 设备模块加载   * @param 		: 无  * @return 		: 无  */ static int __init leddevice_init(void) { 	return platform_device_register(&leddevice); }  /*  * @description	: 设备模块注销  * @param 		: 无  * @return 		: 无  */ static void __exit leddevice_exit(void) { 	platform_device_unregister(&leddevice); }  module_init(leddevice_init); module_exit(leddevice_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");      

leddevice.c 文件内容就是按照示例代码 54.2.3.4 的 platform 设备模板编写的。

第 56~82 行,led_resources 数组,也就是设备资源,描述了 LED 所要使用到的寄存器信息, 也就是 IORESOURCE_MEM 资源。

第 88~96,platform 设备结构体变量 leddevice,这里要注意 name 字段为“imx6ul-led”,所 以稍后编写 platform 驱动中的 name 字段也要为“imx6ul-led”,否则设备和驱动匹配失败。

第 103~106 行,设备模块加载函数,在此函数里面通过 platform_device_register 向 Linux 内 核注册 leddevice 这个 platform 设备。

第 113~116 行,设备模块卸载函数,在此函数里面通过 platform_device_unregister 从 Linux 内核中删除掉 leddevice 这个 platform 设备。

leddevice.c 文件编写完成以后就编写 leddriver.c 这个 platform 驱动文件,在 leddriver.c 里 面输入如下内容:

#include <linux/types.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/ide.h> #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/gpio.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #include <linux/of_gpio.h> #include <linux/semaphore.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/irq.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/poll.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/fcntl.h> #include <linux/platform_device.h> #include <asm/mach/map.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/io.h> /*************************************************************** Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名		: leddriver.c 作者	  	: 左忠凯 版本	   	: V1.0 描述	   	: platform驱动 其他	   	: 无 论坛 	   	: www.openedv.com 日志	   	: 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建 ***************************************************************/  #define LEDDEV_CNT		1			/* 设备号长度 	*/ #define LEDDEV_NAME		"platled"	/* 设备名字 	*/ #define LEDOFF 			0 #define LEDON 			1  /* 寄存器名 */ 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;  /* leddev设备结构体 */ struct leddev_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	*/		 };  struct leddev_dev leddev; 	/* led设备 */  /*  * @description		: LED打开/关闭  * @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED,LEDOFF(1) 关闭LED  * @return 			: 无  */ void led0_switch(u8 sta) { 	u32 val = 0; 	if(sta == LEDON){ 		val = readl(GPIO1_DR); 		val &= ~(1 << 3);	 		writel(val, GPIO1_DR); 	}else if(sta == LEDOFF){ 		val = readl(GPIO1_DR); 		val|= (1 << 3);	 		writel(val, GPIO1_DR); 	}	 }  /*  * @description		: 打开设备  * @param - inode 	: 传递给驱动的inode  * @param - filp 	: 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量  * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。  * @return 			: 0 成功;其他 失败  */ static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) { 	filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据  */ 	return 0; }  /*  * @description		: 向设备写数据   * @param - filp 	: 设备文件,表示打开的文件描述符  * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据  * @param - cnt 	: 要写入的数据长度  * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移  * @return 			: 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败  */ static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { 	int retvalue; 	unsigned char databuf[1]; 	unsigned char ledstat;  	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); 	if(retvalue < 0) { 		return -EFAULT; 	}  	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */ 	if(ledstat == LEDON) { 		led0_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */ 	}else if(ledstat == LEDOFF) { 		led0_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */ 	} 	return 0; }  /* 设备操作函数 */ static struct file_operations led_fops = { 	.owner = THIS_MODULE, 	.open = led_open, 	.write = led_write, };  /*  * @description		: flatform驱动的probe函数,当驱动与  * 					  设备匹配以后此函数就会执行  * @param - dev 	: platform设备  * @return 			: 0,成功;其他负值,失败  */ static int led_probe(struct platform_device *dev) {	 	int i = 0; 	int ressize[5]; 	u32 val = 0; 	struct resource *ledsource[5];  	printk("led driver and device has matched!\r\n"); 	/* 1、获取资源 */ 	for (i = 0; i < 5; i++) { 		ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */ 		if (!ledsource[i]) { 			dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n"); 			return -ENXIO; 		} 		ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);	 	}	  	/* 2、初始化LED */ 	/* 寄存器地址映射 */  	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]); 	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);   	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]); 	GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]); 	GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]); 	 	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1); 	val &= ~(3 << 26);				/* 清除以前的设置 */ 	val |= (3 << 26);				/* 设置新值 */ 	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);  	/* 设置GPIO1_IO03复用功能,将其复用为GPIO1_IO03 */ 	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03); 	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);  	/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */ 	val = readl(GPIO1_GDIR); 	val &= ~(1 << 3);			/* 清除以前的设置 */ 	val |= (1 << 3);			/* 设置为输出 */ 	writel(val, GPIO1_GDIR);  	/* 默认关闭LED1 */ 	val = readl(GPIO1_DR); 	val |= (1 << 3) ;	 	writel(val, GPIO1_DR); 	 	/* 注册字符设备驱动 */ 	/*1、创建设备号 */ 	if (leddev.major) {		/*  定义了设备号 */ 		leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0); 		register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME); 	} else {						/* 没有定义设备号 */ 		alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);	/* 申请设备号 */ 		leddev.major = MAJOR(leddev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */ 	} 	 	/* 2、初始化cdev */ 	leddev.cdev.owner = THIS_MODULE; 	cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops); 	 	/* 3、添加一个cdev */ 	cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);  	/* 4、创建类 */ 	leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME); 	if (IS_ERR(leddev.class)) { 		return PTR_ERR(leddev.class); 	}  	/* 5、创建设备 */ 	leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME); 	if (IS_ERR(leddev.device)) { 		return PTR_ERR(leddev.device); 	}  	return 0; }  /*  * @description		: platform驱动的remove函数,移除platform驱动的时候此函数会执行  * @param - dev 	: platform设备  * @return 			: 0,成功;其他负值,失败  */ static int led_remove(struct platform_device *dev) { 	iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1); 	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03); 	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03); 	iounmap(GPIO1_DR); 	iounmap(GPIO1_GDIR);  	cdev_del(&leddev.cdev);/*  删除cdev */ 	unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */ 	device_destroy(leddev.class, leddev.devid); 	class_destroy(leddev.class); 	return 0; }  /* platform驱动结构体 */ static struct platform_driver led_driver = { 	.driver		= { 		.name	= "imx6ul-led",			/* 驱动名字,用于和设备匹配 */ 	}, 	.probe		= led_probe, 	.remove		= led_remove, }; 		 /*  * @description	: 驱动模块加载函数  * @param 		: 无  * @return 		: 无  */ static int __init leddriver_init(void) { 	return platform_driver_register(&led_driver); }  /*  * @description	: 驱动模块卸载函数  * @param 		: 无  * @return 		: 无  */ static void __exit leddriver_exit(void) { 	platform_driver_unregister(&led_driver); }  module_init(leddriver_init); module_exit(leddriver_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");    

leddriver.c 文件内容就是按照示例代码 54.2.2.5 的 platform 驱动模板编写的。

第 34~122 行,传统的字符设备驱动。

第 130~206 行,probe 函数,当设备和驱动匹配以后此函数就会执行,当匹配成功以后会在 终端上输出“led driver and device has matched!”这样语句。在 probe 函数里面初始化 LED、注 册字符设备驱动。也就是将原来在驱动加载函数里面做的工作全部放到 probe 函数里面完成。

第 213~226 行,remobe 函数,当卸载 platform 驱动的时候此函数就会执行。在此函数里面 释放内存、注销字符设备等。也就是将原来驱动卸载函数里面的工作全部都放到 remove 函数中 完成。

第 229~235 行,platform_driver 驱动结构体,注意 name 字段为"imx6ul-led",和我们在 leddevice.c 文件里面设置的设备 name 字段一致。

第 242~245 行,驱动模块加载函数,在此函数里面通过 platform_driver_register 向 Linux 内 核注册 led_driver 驱动。

第 252~255 行,驱动模块卸载函数,在此函数里面通过 platform_driver_unregister 从 Linux 内核卸载 led_driver 驱动。

3.2:测试 APP 编写

#include "stdio.h" #include "unistd.h" #include "sys/types.h" #include "sys/stat.h" #include "fcntl.h" #include "stdlib.h" #include "string.h" /*************************************************************** Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 文件名		: ledApp.c 作者	  	: 左忠凯 版本	   	: V1.0 描述	   	: platform驱动驱测试APP。 其他	   	: 无 使用方法	 :./ledApp /dev/platled  0 关闭LED 		     ./ledApp /dev/platled  1 打开LED		 论坛 	   	: www.openedv.com 日志	   	: 初版V1.0 2019/8/16 左忠凯创建 ***************************************************************/ #define LEDOFF 	0 #define LEDON 	1  /*  * @description		: main主程序  * @param - argc 	: argv数组元素个数  * @param - argv 	: 具体参数  * @return 			: 0 成功;其他 失败  */ int main(int argc, char *argv[]) { 	int fd, retvalue; 	char *filename; 	unsigned char databuf[2]; 	 	if(argc != 3){ 		printf("Error Usage!\r\n"); 		return -1; 	}  	filename = argv[1];  	/* 打开led驱动 */ 	fd = open(filename, O_RDWR); 	if(fd < 0){ 		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]); 		return -1; 	} 	 	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作:打开或关闭 */ 	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf)); 	if(retvalue < 0){ 		printf("LED Control Failed!\r\n"); 		close(fd); 		return -1; 	}  	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */ 	if(retvalue < 0){ 		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]); 		return -1; 	} 	return 0; } 

ledApp.c 文件内容很简单,就是控制 LED 灯的亮灭,和第四十一章的测试 APP 基本一致, 这里就不重复讲解了。

4:运行测试

4.1:Makefile文件编写

KERNELDIR :=/home/zhulinux/linux/alientek_linux/linux   CURRENT_PATH := $(shell pwd) obj-m := leddevice.o leddriver.o   build: kernel_modules   kernel_modules: 	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules clean: 	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

4.2:编译测试 APP

在名为Compiletest.sh的shell脚本内 ,将fun改变为 "led"即可,运行shell脚本

#!/bin/bash #把dts编译的dtb文件拷贝到 tftpboot目录下 cp -r ~/linux/alientek_linux/linux/arch/arm/boot/dts/imx6ull_alientek_emmc.dtb ~/linux/tftpboot/ -f   driver=true fun="led"      funko="${fun}.ko" funoApp="${fun}App" funcApp="${fun}App.c"   if [[ $driver == true ]]; then     fundeviceko="${fun}device.ko"     fundriverko="${fun}driver.ko" fi   if [ -f "./$funoApp" ]; then     echo "文件存在,正在删除..."     rm "./$funoApp"     echo "文件已删除" else     echo "文件不存在,不执行删除操作。" fi   arm-linux-gnueabihf-gcc $funcApp -o $funoApp if [[ $driver == true ]];then     sudo cp $fundeviceko $fundriverko $funoApp ~/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15/ -f else     sudo cp $funko $funoApp ~/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15/ -f fi
make ./Compiletest.sh

将 上 一 小 节 编 译 出 来 leddevice.ko 、 leddriver.ko 和 ledApp 这 两 个 文 件 拷 贝 到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中,重启开发板,进入到目录 lib/modules/4.1.15 中,输入如下命令 加载 leddevice.ko 设备模块和 leddriver.ko 这个驱动模块。

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令 modprobe leddevice.ko //加载设备模块 modprobe leddriver.ko //加载驱动模块 

根文件系统中/sys/bus/platform/目录下保存着当前板子 platform 总线下的设备和驱动,其中 devices 子目录为 platform 设备,drivers 子目录为 plartofm 驱动。查看/sys/bus/platform/devices/ 目录,看看我们的设备是否存在,我们在 leddevice.c 中设置 leddevice(platform_device 类型)的 name 字段为“imx6ul-led”,也就是设备名字为 imx6ul-led,因此肯定在/sys/bus/platform/devices/ 目录下存在一个名字“imx6ul-led”的文件,否则说明我们的设备模块加载失败,结果如图 54.4.2.1

 同理,查看/sys/bus/platform/drivers/目录,看一下驱动是否存在,我们在 leddriver.c 中设置 led_driver (platform_driver 类型)的 name 字段为“imx6ul-led”,因此会在/sys/bus/platform/drivers/ 目录下存在名为“imx6ul-led”这个文件,结果如图 54.4.2.2 所示:

 驱动模块和设备模块加载成功以后 platform 总线就会进行匹配,当驱动和设备匹配成功以 后就会输出如图 54.4.2.3 所示一行语句:

驱动和设备匹配成功以后就可以测试 LED 灯驱动了,输入如下命令打开 LED 灯:

/ledApp /dev/platled 1 //打开 LED 灯

在输入如下命令关闭 LED 灯:

./ledApp /dev/platled 0 //关闭 LED 灯 

观察一下 LED 灯能否打开和关闭,如果可以的话就说明驱动工作正常,如果要卸载驱动的 话输入如下命令即可:

rmmod leddevice.ko rmmod leddriver.ko 

总之这就是老版本的linux方法,新版本的是有设备树。

就是搞一个平台,把我们写的设备驱动与它相匹配。平台驱动里面基本是些物理信息:像寄存器地址、寄存器大小

设备驱动还是老样子,只不过多了个probe函数,原来在驱动入口里的注册都挪到这了,出口里的挪到了remove里了。还是要手动内存映射。

本文仅在记录学习正点原子imx6ull-mini开发板的过程,不做他用。

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