STM32MP157A单片机移植Linux驱动深入版

需求整理

在Linux设备树中新增leds节点，其有3个gpio属性，分别表示PE10对应led1，PF10对应led2，PE8对应led3，设备树键值对如下：

    leds {
        led1-gpio = <&gpioe 10 0>;
        led2-gpio = <&gpiof 10 0>;
        led3-gpio = <&gpioe 8 0>;
    };

内核驱动实现对灯控模块的初始化函数、模块退出函数、灯控模块各回调函数（open/release/unlocked_ioctl/read/write）。

应用程序实现对灯控模块的控制，通过ioctl函数控制led亮灭。

驱动开发逻辑分析

1.驱动初始化

注册字符设备 --> register_chrdev

申请一个struct class结构体，保存当前设备类的信息 --> class_create

申请一个struct device结构体，保存当前设备节点的信息 --> device_create

通过名称查找设备节点 --> of_find_node_by_name

2.初始化GPIO

获取GPIO编号 --> of_get_named_gpio

请求GPIO --> gpio_request

设置GPIO方向为输出 --> gpio_direction_output

3.ioctl回调函数

获取应用程序发送的值 --> copy_from_user

处理应用程序发送的功能码 --> 回调函数中的第二个参数的值（一般有应用程序通过ioctl命令发送）

4.驱动退出

释放GPIO --> gpio_free

注销字符设备文件 --> device_destroy

注销字符设备类 --> class_destroy

注销字符设备 --> unregister_chrdev

5.指定模块

指定模块初始化函数 --> module_init

指定模块注销函数 --> module_exit

应用程序开发逻辑分析

1.打开字符设备文件 --> open

2.发送功能码和值给驱动 --> ioctl

3.功能码 --> _IO() / _IOW / _IOR / _IOWR ...

详细代码

驱动程序 --> leds.c

#include <linux/init.h>       // 包含内核初始化相关的头文件
#include <linux/module.h>     // 包含内核模块相关的头文件
#include <linux/of.h>         // 包含设备树操作相关的头文件
#include <linux/gpio.h>       // 包含 GPIO 操作相关的头文件
#include <linux/of_gpio.h>    // 包含设备树 GPIO 相关的头文件
#include <linux/fs.h>         // 包含文件操作相关的头文件
#include <linux/uaccess.h>    // 包含用户空间访问内核空间相关的头文件
#include <linux/device.h>     // 包含设备相关的头文件
#include "leds.h"            // 包含自定义头文件/* 设备树节点定义leds {led1-gpio = <&gpioe 10 0>;led2-gpio = <&gpiof 10 0>;led3-gpio = <&gpioe 8 0>;};
*/
static struct class *led_class;
static struct device *led_device;
static struct device_node *leds_node;  // 定义设备节点指针
static char kernel_buf[100];  // 定义缓冲区
int led1_id,led2_id,led3_id;                     // 定义 GPIO 编号
int led_major;  // 定义主设备号static int led_open(struct inode *inode, struct file *file);
static int led_close(struct inode *inode, struct file *file);
static int led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos);
static int led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos);
static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);struct file_operations fops = {.open = led_open,.release = led_close,.unlocked_ioctl = led_ioctl,.read = led_read,.write = led_write,
};static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("led_open\n");return 0;
}static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("led_close\n");return 0;
}static int led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{uint32_t n = copy_to_user(buf, kernel_buf, count);if(n){printk("copy_to_user failed\n");return -EFAULT;}printk("led_read\n");return 0;
}static int led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{uint32_t n = copy_from_user(kernel_buf, buf, count);if(n){printk("copy_from_user failed\n");return -EFAULT;}printk("led_write\n");return 0;
}static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{//获取arg的值unsigned int value;if(copy_from_user(&value, (unsigned int *)arg, sizeof(unsigned int))){printk("copy_from_user failed\n");return -EFAULT;}switch(cmd){case LED_ON:switch(value){case 1:gpio_set_value(led1_id, 1);break;case 2:gpio_set_value(led2_id, 1);break;case 3:gpio_set_value(led3_id, 1);break;default:    printk("cmd error\n");return -EINVAL;}break;case LED_OFF:switch(value){case 1:gpio_set_value(led1_id, 0);break;case 2:gpio_set_value(led2_id, 0);break;case 3:gpio_set_value(led3_id, 0);break;default:    printk("cmd error\n");return -EINVAL;}break;default:printk("cmd error\n");return -EINVAL;}printk("led_ioctl\n");return 0;
}//通过设备树的属性名查找gpio，并初始化gpio
static int mygpio_init(struct device_node *np ,const char *name)
{int id;printk("name=%s\n", name);  // 打印属性名id = of_get_named_gpio(np, name, 0);  // 获取 GPIO 编号if (id < 0)  // 如果获取 GPIO 编号失败{printk("get gpio number failed\n");  // 打印获取 GPIO 编号失败的消息return -ENODEV;  // 返回错误码}printk("get gpio number success\n");  // 打印获取 GPIO 编号成功的消息if(gpio_request(id, NULL))  // 请求 GPIO{printk("request gpio failed\n");  // 打印请求 GPIO 失败的消息return -ENODEV;  // 返回错误码}   printk("request gpio success\n");  // 打印请求 GPIO 成功的消息if(gpio_direction_output(id, 0))  // 设置 GPIO 方向为输出{printk("set gpio direction failed\n");  // 打印设置 GPIO 方向失败的消息return -ENODEV;  // 返回错误码}printk("set gpio direction success\n");  // 打印设置 GPIO 方向成功的消息return id;  // 返回 GPIO 编号
}static int __init leds_init(void)  // 模块初始化函数
{//字符设备注册led_major = register_chrdev(0, "leds_control", &fops);if(led_major < 0){printk("register_chrdev failed\n");return -ENODEV;}printk("register_chrdev success:led_major = %d\n", led_major);//申请一个struct class结构体，保存当前设备类的信息led_class = class_create(THIS_MODULE, "leds_control");if(IS_ERR(led_class)){printk("class_create failed\n");unregister_chrdev(led_major, "leds_control");   // 注销字符设备return -ENODEV;}printk("class_create success\n");//申请一个struct device结构体，保存当前设备节点的信息led_device = device_create(led_class, NULL, MKDEV(led_major, 0), NULL, "leds_control");if(IS_ERR(led_device)){printk("device_create failed\n");class_destroy(led_class);  // 注销类unregister_chrdev(led_major, "leds_control");   // 注销字符设备return -ENODEV;}printk("device_create success\n");leds_node = of_find_node_by_name(NULL, "leds");  // 通过名称查找设备节点//leds_node = of_find_compatible_node(NULL, NULL, "sjh,mynode");  // 通过兼容字符串查找设备节点if (!leds_node)  // 如果未找到设备节点{printk("mynode node not found\n");  // 打印未找到节点的消息device_destroy(led_class, MKDEV(led_major, 0));  // 注销设备class_destroy(led_class);  // 注销类unregister_chrdev(led_major, "leds_control");   // 注销字符设备return -ENODEV;  // 返回错误码}printk("mynode node found\n");  // 打印找到节点的消息led1_id = mygpio_init(leds_node, "led1_gpio");  // 控制 GPIOled2_id = mygpio_init(leds_node, "led2_gpio");  // 控制 GPIOled3_id = mygpio_init(leds_node, "led3_gpio");  // 控制 GPIO/*    printk("name=%s,value=%s\n", leds_node->properties->name, (char *)leds_node->properties->value);  // 打印第一个属性的名称和值printk("name=%s,value=%s\n", leds_node->properties->next->name, (char *)leds_node->properties->next->value);  // 打印第二个属性的名称和值printk("name=%s,value=%x %x\n", leds_node->properties->next->next->name, __be32_to_cpup((uint32_t *)leds_node->properties->next->next->value), __be32_to_cpup((uint32_t *)leds_node->properties->next->next->value + 1));  // 打印第三个属性的名称和值（无符号整数）// 解析设备树的属性binarry = of_find_property(leds_node, "binarry", &len);  // 查找名为 "binarry" 的属性if (!binarry)  // 如果未找到属性{printk("binarry property not found\n");  // 打印未找到属性的消息return -ENODEV;  // 返回错误码}for (i = 0; i < len; i++)  // 遍历属性值{printk("%02x ", *((unsigned char *)binarry->value + i));  // 打印属性值的每个字节} */return 0;  // 返回成功
}static void __exit leds_exit(void)  // 模块退出函数
{// 退出时执行的清理操作（当前为空）gpio_free(led1_id);  // 释放 GPIOgpio_free(led2_id);  // 释放 GPIOgpio_free(led3_id);  // 释放 GPIO//字符设备注销device_destroy(led_class, MKDEV(led_major, 0));  // 注销设备class_destroy(led_class);  // 注销类unregister_chrdev(led_major, "leds_control");   // 注销字符设备printk("exit\n");  // 打印退出消息
}module_init(leds_init);  // 指定模块初始化函数
module_exit(leds_exit);  // 指定模块退出函数
MODULE_LICENSE("GPL");  // 指定模块许可证为 GPL
MODULE_AUTHOR("Johnson");  // 指定模块作者
MODULE_DESCRIPTION("leds driver");  // 指定模块描述
MODULE_VERSION("V1.0");  // 指定模块版本

应用程序 --> test_app.c

实现按1s间隔控制三个led灯亮灭

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include "leds.h"            // 包含自定义头文件int main(int argc,const char * argv[])
{int fd;int ret[3] = {1,2,3};    // 定义返回值int value;  // 定义变量fd = open("/dev/leds_control", O_RDWR);  // 打开设备文件if(fd < 0)  // 如果打开设备文件失败{perror("open");  // 打印错误信息return -1;  // 返回错误码}printf("open success\n");  // 打印打开设备文件成功的消息while(1){ioctl(fd, LED_ON, ret);  // 打开 LED1ioctl(fd, LED_ON, ret+1);  // 打开 LED2ioctl(fd, LED_ON, ret+2);  // 打开 LED3sleep(1);  // 等待 1 秒ioctl(fd, LED_OFF, ret);    // 关闭 LED1ioctl(fd, LED_OFF, ret+1);  // 关闭 LED2ioctl(fd, LED_OFF, ret+2);  // 关闭 LED3sleep(1);  // 等待 1 秒}return 0;
}

头文件 --> leds.h

#ifndef __LEDS_H__
#define __LEDS_H__#define LED_ON _IOW('l', 1, int)
#define LED_OFF _IOW('l', 0, int)#endif

结果

加载内核模块 --> insmod leds.ko

 查看自动生成的字符设备文件 --> ls /dev/

 执行应用程序 --> ./a.out