【Linux笔记】LED驱动程序
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01
前言
上一篇我们分享了字符设备驱动框架:【Linux笔记】驱动基础篇,当时分享的是hello驱动程序。
学STM32我们从点灯开始,学Linux驱动我们自然也要点个灯来玩玩,尽量在从这些基础例程中榨取知识,细抠、细抠,为之后更复杂的知识打好基础。
02
与硬件无关的LED驱动
回顾hello驱动程序,我们的根据实际需求对其进行写字符串与读字符串操作。这里我们当然也要根据实际来思考我们的LED驱动程序。
在STM32点灯的时候,一般输出低电平点灯,输出高电平灭灯。在嵌入Linux操作系统的情况下,我们自然也要想到有个写1/0的思想。
类比我们上一篇的hello程序:
我们的LED程序自然要写入的数据为0/1来点亮、熄灭LED。
这里我们做的实验室与硬件无关的LED实验:我们的驱动程序在收到应用程序发送过来的0时打印led on、收到1时打印led off。
模仿上一篇的hello程序,我们修改得到的与硬件无关的LED程序(核心部分)如下:
LED应用程序:
LED驱动程序:
加载led驱动模块及运行应用程序:
03
与硬件有关的LED驱动
上面那一节分享的是与硬件无关的LED驱动实验,主要是为了理清LED驱动的大体思路。这里我们再加入与硬件有关的相关操作以构造与硬件有关的LED驱动程序。
我们在进行STM32的裸机编程的时候,对一些外设进行配置其实就是操作一些地址的过程,这些外设地址在芯片手册中可以看到:
这是地址映射图,这里图中只是列出的外设的边界地址,每个外设又有很多寄存器,这些寄存器的地址都是对外设基地址进行偏移得到的。
同样的,对于NXP的IMX6ULL芯片来说,也是有类似这样的地址的:
此时我们要编写Linux系统下的led驱动,涉及到硬件操作的地方操作的并不是这些地址(物理地址),而是操作系统给我们提供的地址(虚拟地址)。
操作系统根据物理地址来给我们生成一个虚拟地址,我们的led驱动操控这个地址就是间接的操控物理地址。
至于这两个地址是怎么联系起来的,里面个原理我们暂且不展开。我们从函数层面来看,内核给我们提供了ioremap 函数,这个函数可以把物理地址映射为虚拟地址。
这个函数在内核文件arch/arm/include/asm/io.h 中:
void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);
-
res_cookie:要映射给的物理起始地址 。
-
size:要映射的内存空间大小。
-
返回值:指向映射后的虚拟空间首地址。
与ioremap函数相对应的函数为:
void iounmap (volatile void __iomem *addr)
-
addr:要取消映射的虚拟地址空间首地址。
地址映射完成之后,我们可以直接通过指针来访问虚拟地址,如:
*GPIO5_DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03输出低电平 */*GPIO5_DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03输出高电平 */
这里简单介绍一下i.MX 6ULL的GPIO。对于i.MX 6ULL来说,以数字来给IO端口(组别)命令,GPIO5为第五组,所以GPIO5_IO03为第五组端口的第3个引脚。
而STM32中是以大写字母来表示端口(组别),如PA3表示A端口的第3个引脚。
i.MX 6ULL有 5 组 GPIO(GPIO1~ GPIO5),每组引脚最多有 32 个:
GPIO1 有 32 个引脚:GPIO1_IO0~GPIO1_IO31;GPIO2 有 22 个引脚:GPIO2_IO0~GPIO2_IO21;GPIO3 有 29 个引脚:GPIO3_IO0~GPIO3_IO28;GPIO4 有 29 个引脚:GPIO4_IO0~GPIO4_IO28;GPIO5 有 12 个引脚:GPIO5_IO0~GPIO5_IO11;
地址映射完成之后,我们不仅可以通过指针来访问虚拟地址,而且还可以使用内核给我们提供的一些读写函数:
写操作函数 */ void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr);void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr);void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr);读操作函数 */ 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 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 写操作,参数 value 是要写入的数值, addr 是要写入的地址。
readb、 readw 和 readl 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 读操作,参数 addr 就是要读取写内存地址,返回值就是读取到的数据。
此时我们可以把上一节的led_init函数led_drv_write函数进行修改:
与STM32一样,对于i.MX 6ULL的GPIO外设来说,也有很多寄存器:
上面我们只是点一个灯,如果是要点多个灯呢?那就得操控多个GPIO。如果进行地址映射的写法还像上面那样,代码就会显得很臃肿。
回想一下我们STM32,GPIO外设通过结构体来管理它的寄存器:
这里的__IO是个宏,代表的是C语言的关键字volatile ,为了防止编译器对我们的一些硬件操作进行优化,从而得不到想要的结果。比如:
/* 假设REG为寄存器的地址 */uint32 *REG;*REG = 0;/* 点灯 */*REG = 1;/* 灭灯 */
此时若是REG不加volatile进行修饰,则点灯操作将被优化掉,只执行灭灯操作。
在这里,我们也可以模仿STM32那样子,用一个结构体来对i.MX 6ULL的GPIO的寄存器进行管理,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;};
结构体里的成员排序是要按照特定顺序来的:
因为这些寄存器都是相对于GPIO外设的基地址作偏移得到的,比如:
不能打乱顺序,否则就不能正确访问到对应的寄存器了。用结构体进行管理之后,我们就可以用类似下面的方式进行映射:
struct GPIO_RegDef *GPIO5 = ioremap(0x20AC000, sizeof(struct GPIO_RegDef));
然后就可以向STM32那样来操控GPIO寄存器,如:
GPIO5->DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03输出低电平 */GPIO5->DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03输出高电平 */
04
LED驱动(升级版)
上一节我们分享的LED驱动是一个常规的LED驱动,只能适用于我们当前的开发版,所以是一个专用的LED驱动程序。
若是换了另一块板,led所连接的gpio引脚可能不一样了,我们就修改我们的驱动程序led_drv.c里与寄存器相关的操作。
有没有更好的办法不用再修改我们的led_drv.c驱动程序了?
若是led_drv.c不用再修改了,那么这个led_drv.c驱动就是一个通用的驱动程序了。具体可查看韦东山老师的《嵌入式Linux应用开发完全手册第2版》第五篇第3~7节进行学习。
下面来简单地梳理一下:
由于篇幅问题,具体的部分就不贴出来了。
这里我们学到了很重要的思想软件分层的思想及技巧,但也只是点了一下,未来的路还很长,需要持续学习,继续提高。
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