STM32MP157驱动开发——LED驱动开发
- 一、LED驱动原理
- 二、地址映射(MMU)
- 三、IO内存访问函数
- 四、实验程序编写
- 五、运行结果
一、LED驱动原理
在 Linux 下编写驱动要符合Linux 的驱动框架。开发板上的 LED0 连接到 STM32MP157 的 PI0 引脚上,因此实验的重点就是编写 Linux 下STM32MP157 引脚控制驱动。
当PI0为低电平时,LED发光,高电平时则熄灭。
二、地址映射(MMU)
MMU 主要完成的功能如下:
1.完成虚拟空间到物理空间的映射
2.内存保护,设置存储器的访问权限,设置虚拟存储空间的缓冲特性
物理内存和虚拟内存之间的转换,需要用到两个函数: ioremap 和 iounmap。
①void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size)
在头文件arch/arm/include/asm/io.h中。有两个参数: res_cookie 和 size,res_cookie:要映射的物理起始地址。size:要映射的内存空间大小。返回值: __iomem 类型的指针,指向映射后的虚拟空间首地址。
②void iounmap (volatile void __iomem *addr)
iounmap 只有一个参数 addr,此参数就是要取消映射的虚拟地址空间首地址。
三、IO内存访问函数
I/O是输入输出的意思,涉及到I/O端口和I/O内存。当外部寄存器或内存映射到 IO 空间时,称为 I/O 端口。当外部寄存器或内存映射到内存空间时,称为 I/O 内存。但是对于 ARM 来说没有 I/O 空间这个概念,因此 ARM 体系下只有 I/O 内存(可以直接理解为内存)。
①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)
②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)
四、实验程序编写
小插曲:在写程序的时候,发现Ubuntu下的VScode不太方便实用,于是参考这篇博文,在windows下使用远程连接到VMWare虚拟机内进行开发。并参考这篇博文配置SSH免密登录,这样代码的编写和复制就很方便了。配置免密时的ssh-keygen命令在windos自带的命令行中同样适用。
驱动文件led.c:
#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define LED_MAJOR 200 /*主设备号*/
#define LED_NAME "led" /*设备名称*/
#define LEDOFF 0 /*关灯*/
#define LEDON 1 /*开灯*/
/*寄存器物理地址*/
#define PERIPH_BASE (0x40000000)
#define MPU_AHB4_PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000000)
#define RCC_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0x0000)
#define RCC_MP_AHB4ENSETR (RCC_BASE + 0XA28)
#define GPIOI_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0xA000)
#define GPIOI_MODER (GPIOI_BASE + 0X0000)
#define GPIOI_OTYPER (GPIOI_BASE + 0x0004)
#define GPIOI_OSPEEDR (GPIOI_BASE + 0x0008)
#define GPIOI_PUPDR (GPIOI_BASE + 0x000C)
#define GPIOI_BSRR (GPIOI_BASE + 0x0018)
/*映射后的寄存器虚拟地址指针*/
static void __iomem *MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI;
static void __iomem *GPIOI_MODER_PI;
static void __iomem *GPIOI_OTYPER_PI;
static void __iomem *GPIOI_OSPEEDR_PI;
static void __iomem *GPIOI_PUPDR_PI;
static void __iomem *GPIOI_BSRR_PI;
/*
* @description : LED 打开/关闭
* @param - sta : LEDON(0) 打开 LED, LEDOFF(1) 关闭 LED
* @return : 无
*/
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON){
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
val |= (1 << 16);
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
} else if(sta == LEDOFF){
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
val |= (1 << 0);
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
}
}
/*
* @description : 取消映射
* @return : 无
*/
void led_unmap(void)
{
/*取消映射*/
iounmap(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
iounmap(GPIOI_MODER_PI);
iounmap(GPIOI_OTYPER_PI);
iounmap(GPIOI_OSPEEDR_PI);
iounmap(GPIOI_PUPDR_PI);
iounmap(GPIOI_BSRR_PI);
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inod : 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)
{
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
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){
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; /*获取状态值*/
if(ledstat == LEDON){
led_switch(LEDON); /*打开LED灯*/
} else if(ledstat == LEDOFF){
led_switch(LEDOFF); /*关闭LED灯*/
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/*设备操作函数*/
static struct file_operations led_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int retvalue = 0;
u32 val = 0;
/*初始化LED*/
/*1、寄存器地址映射*/
MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI = ioremap(RCC_MP_AHB4ENSETR, 4);
GPIOI_MODER_PI = ioremap(GPIOI_MODER, 4);
GPIOI_OTYPER_PI = ioremap(GPIOI_OTYPER, 4);
GPIOI_OSPEEDR_PI = ioremap(GPIOI_OSPEEDR, 4);
GPIOI_PUPDR_PI = ioremap(GPIOI_PUPDR, 4);
GPIOI_BSRR_PI = ioremap(GPIOI_BSRR, 4);
/*2、使能PI时钟*/
val = readl(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
val &= ~(0x1 << 8); /*清除以前的设置*/
val |= (0x1 << 8); /*设置新值*/
writel(val, MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
/*3、设置PI0通用的输出模式*/
val = readl(GPIOI_MODER_PI);
val &= ~(0x3 << 0); /*bit0:1清零*/
val |= (0x1 << 0); /*bit0:1设置01*/
writel(val, GPIOI_MODER_PI);
/*4、设置PI0为推挽模式*/
val = readl(GPIOI_OTYPER_PI);
val &= ~(0x1 << 0); /*bit0清零,设置为上拉*/
writel(val, GPIOI_OTYPER_PI);
/*5、设置PI0为高速*/
val = readl(GPIOI_OSPEEDR_PI);
val &=~(0x3 << 0); /*bit0:1清零*/
val |= (0x2 << 0); /*bit0:1设置为10*/
writel(val, GPIOI_OSPEEDR_PI);
/*6、设置PI0为上拉*/
val = readl(GPIOI_PUPDR_PI);
val &= ~(0x3 << 0); /*bit0:1清零*/
val |= (0x1 << 0); /*bit0:1设置为01*/
writel(val, GPIOI_PUPDR_PI);
/*7、默认关闭LED*/
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
val |= (0x1 << 0);
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
/*注册字符设备驱动*/
retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
if(retvalue < 0){
printk("register chrdev failed!\r\n");
goto fail_map;
}
return 0;
fail_map:
led_unmap();
return -EIO;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/*取消映射*/
led_unmap();
/*注销字符设备驱动*/
unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Amonter");
MODULE_INFO(intree, "Y");
在led_init函数中实现LED 的初始化工作,通过 ioremap 函数获取物理寄存器地址映射后的虚拟地址,得到寄存器对应的虚拟地址以后就可以完成相关初始化工作了。比如使能 GPIOI 时钟、设置 PI0 复用功能、配置 PI0 的属性等等。最后,最重要的一步!使用 register_chrdev 函数注册 led 这个字符设备。如果注册字符设备失败,就要回收以前注册成功的资源。
驱动出口函数 led_exit,首先使用函数 iounmap 取消内存映射,最后使用函数unregister_chrdev 注销 led 这个字符设备。
测试程序LED_App.c:
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#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[1];
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");
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]); /*要执行的操作,打开或关闭*/
/*向/dev/led文件写入数据*/
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0){
printf("LED control Failed!\r\n");
close(fd);
return -1;
}
retvalue = close(fd); /*关闭驱动文件*/
if(retvalue < 0){
printf("file %s close failed!\r\n");
return -1;
}
return 0;
}
主要完成对设备驱动文件的open、close和状态设置的操作。
Makefile文件与上一节相同,将构建目标改成led.o即可。
五、运行结果
编译后按照上一节相同的操作,放入nfs中modules下的对应目录进行挂载和启动。
点灯成功!