【Linux筆記】LED驅(qū)動程序

01

前言

上一篇我們分享了字符設(shè)備驅(qū)動框架：【Linux筆記】驅(qū)動基礎(chǔ)篇，當(dāng)時分享的是hello驅(qū)動程序。

學(xué)STM32我們從點燈開始，學(xué)Linux驅(qū)動我們自然也要點個燈來玩玩，盡量在從這些基礎(chǔ)例程中榨取知識，細(xì)摳、細(xì)摳，為之后更復(fù)雜的知識打好基礎(chǔ)。

02

與硬件無關(guān)的LED驅(qū)動

回顧hello驅(qū)動程序，我們的根據(jù)實際需求對其進(jìn)行寫字符串與讀字符串操作。這里我們當(dāng)然也要根據(jù)實際來思考我們的LED驅(qū)動程序。

在STM32點燈的時候，一般輸出低電平點燈，輸出高電平滅燈。在嵌入Linux操作系統(tǒng)的情況下，我們自然也要想到有個寫1/0的思想。

類比我們上一篇的hello程序：

我們的LED程序自然要寫入的數(shù)據(jù)為0/1來點亮、熄滅LED。

這里我們做的實驗室與硬件無關(guān)的LED實驗：我們的驅(qū)動程序在收到應(yīng)用程序發(fā)送過來的0時打印led on、收到1時打印led off。

模仿上一篇的hello程序，我們修改得到的與硬件無關(guān)的LED程序（核心部分）如下：

LED應(yīng)用程序：

LED驅(qū)動程序:

加載led驅(qū)動模塊及運行應(yīng)用程序:

03

與硬件有關(guān)的LED驅(qū)動

上面那一節(jié)分享的是與硬件無關(guān)的LED驅(qū)動實驗，主要是為了理清LED驅(qū)動的大體思路。這里我們再加入與硬件有關(guān)的相關(guān)操作以構(gòu)造與硬件有關(guān)的LED驅(qū)動程序。

我們在進(jìn)行STM32的裸機(jī)編程的時候，對一些外設(shè)進(jìn)行配置其實就是操作一些地址的過程，這些外設(shè)地址在芯片手冊中可以看到：

這是地址映射圖，這里圖中只是列出的外設(shè)的邊界地址，每個外設(shè)又有很多寄存器，這些寄存器的地址都是對外設(shè)基地址進(jìn)行偏移得到的。

同樣的，對于NXP的IMX6ULL芯片來說，也是有類似這樣的地址的：

此時我們要編寫Linux系統(tǒng)下的led驅(qū)動，涉及到硬件操作的地方操作的并不是這些地址（物理地址），而是操作系統(tǒng)給我們提供的地址（虛擬地址）。

操作系統(tǒng)根據(jù)物理地址來給我們生成一個虛擬地址，我們的led驅(qū)動操控這個地址就是間接的操控物理地址。

至于這兩個地址是怎么聯(lián)系起來的，里面?zhèn)€原理我們暫且不展開。我們從函數(shù)層面來看，內(nèi)核給我們提供了ioremap 函數(shù)，這個函數(shù)可以把物理地址映射為虛擬地址。

這個函數(shù)在內(nèi)核文件arch/arm/include/asm/io.h  中：

void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);

與ioremap函數(shù)相對應(yīng)的函數(shù)為：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)

地址映射完成之后，我們可以直接通過指針來訪問虛擬地址，如：

*GPIO5_DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出低電平 */*GPIO5_DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出高電平 */

這里簡單介紹一下i.MX 6ULL的GPIO。對于i.MX 6ULL來說，以數(shù)字來給IO端口（組別）命令，GPIO5為第五組，所以GPIO5_IO03為第五組端口的第3個引腳。

而STM32中是以大寫字母來表示端口（組別），如PA3表示A端口的第3個引腳。

i.MX 6ULL有 5 組 GPIO（GPIO1～ GPIO5），每組引腳最多有 32 個：

GPIO1 有 32 個引腳：GPIO1_IO0~GPIO1_IO31；GPIO2 有 22 個引腳：GPIO2_IO0~GPIO2_IO21；GPIO3 有 29 個引腳：GPIO3_IO0~GPIO3_IO28；GPIO4 有 29 個引腳：GPIO4_IO0~GPIO4_IO28；GPIO5 有 12 個引腳：GPIO5_IO0~GPIO5_IO11；

地址映射完成之后，我們不僅可以通過指針來訪問虛擬地址，而且還可以使用內(nèi)核給我們提供的一些讀寫函數(shù)：

/* 寫操作函數(shù) */void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr);void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr);void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr);/* 讀操作函數(shù) */u8 readb(const volatile void __iomem *addr);u16 readw(const volatile void __iomem *addr);u32 readl(const volatile void __iomem *addr);

writeb、 writew 和 writel 這三個函數(shù)分別對應(yīng) 8bit、 16bit 和 32bit 寫操作，參數(shù) value 是要寫入的數(shù)值， addr 是要寫入的地址。

readb、 readw 和 readl 這三個函數(shù)分別對應(yīng) 8bit、 16bit 和 32bit 讀操作，參數(shù) addr 就是要讀取寫內(nèi)存地址，返回值就是讀取到的數(shù)據(jù)。

此時我們可以把上一節(jié)的led_init函數(shù)led_drv_write函數(shù)進(jìn)行修改：

與STM32一樣，對于i.MX 6ULL的GPIO外設(shè)來說，也有很多寄存器：

上面我們只是點一個燈，如果是要點多個燈呢？那就得操控多個GPIO。如果進(jìn)行地址映射的寫法還像上面那樣，代碼就會顯得很臃腫。

回想一下我們STM32，GPIO外設(shè)通過結(jié)構(gòu)體來管理它的寄存器：

這里的__IO是個宏，代表的是C語言的關(guān)鍵字volatile ，為了防止編譯器對我們的一些硬件操作進(jìn)行優(yōu)化，從而得不到想要的結(jié)果。比如：

/* 假設(shè)REG為寄存器的地址 */uint32 *REG;*REG = 0；/* 點燈 */*REG = 1；/* 滅燈 */

此時若是REG不加volatile進(jìn)行修飾，則點燈操作將被優(yōu)化掉，只執(zhí)行滅燈操作。

在這里，我們也可以模仿STM32那樣子，用一個結(jié)構(gòu)體來對i.MX 6ULL的GPIO的寄存器進(jìn)行管理，如：

struct GPIO_RegDef{ volatile unsigned int DR; volatile unsigned int GDIR; volatile unsigned int PSR; volatile unsigned int ICR1; volatile unsigned int ICR2; volatile unsigned int IMR; volatile unsigned int ISR; volatile unsigned int EDGE_SEL;};

結(jié)構(gòu)體里的成員排序是要按照特定順序來的：

因為這些寄存器都是相對于GPIO外設(shè)的基地址作偏移得到的，比如：

不能打亂順序，否則就不能正確訪問到對應(yīng)的寄存器了。用結(jié)構(gòu)體進(jìn)行管理之后，我們就可以用類似下面的方式進(jìn)行映射：

struct GPIO_RegDef *GPIO5 = ioremap(0x20AC000, sizeof(struct GPIO_RegDef));

然后就可以向STM32那樣來操控GPIO寄存器，如：

GPIO5->DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出低電平 */GPIO5->DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出高電平 */ 

04

LED驅(qū)動(升級版)

上一節(jié)我們分享的LED驅(qū)動是一個常規(guī)的LED驅(qū)動，只能適用于我們當(dāng)前的開發(fā)版，所以是一個專用的LED驅(qū)動程序。

若是換了另一塊板，led所連接的gpio引腳可能不一樣了，我們就修改我們的驅(qū)動程序led_drv.c里與寄存器相關(guān)的操作。

有沒有更好的辦法不用再修改我們的led_drv.c驅(qū)動程序了？

若是led_drv.c不用再修改了，那么這個led_drv.c驅(qū)動就是一個通用的驅(qū)動程序了。具體可查看韋東山老師的《嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊第2版》第五篇第3~7節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

下面來簡單地梳理一下：

由于篇幅問題，具體的部分就不貼出來了。

這里我們學(xué)到了很重要的思想軟件分層的思想及技巧，但也只是點了一下，未來的路還很長，需要持續(xù)學(xué)習(xí)，繼續(xù)提高。

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