[ARM应用]LED设备驱动实例

    通过一个最简单的LED驱动实例来展示字符设备驱动程序设计，开发及测试的整个过程。

1. 实验目的

（1）了解LED原理及其与S3C2410的接口电路设计。

（2）了解S3C2410芯片的I/O端口配置方法。

（3）通过S3C2410芯片的GPF4端口控制板上D1的亮灭。

（4）掌握LED驱动的编写及测试过程，进而熟悉开发简单字符设备驱动的方法。

2. 实验原理

2.1 S3C2410的GPIO概述

打开S3C2410的数据手册，看看它的I/O端口，共有117只多功能输入/输出端口，它们分别为：

GPA口：23只输出口

GPB口：11只输入/输出口

GPC口：16只输入/输出口

GPD口：16只输入/输出口

GPE口：16只输入/输出口

GPF口： 8只输入/输出口

GPG口：16只输入/输出口

GPH口：11只输入/输出口

每组端口都有复用的功能，例如作为输入口或输出口，还可以定义为中断触发功能，我们可以通过配置这些端口的控制寄存器来满足不同系统和设计的需要，下面马上就会说到如何配置端口控制寄存器，数据寄存器等。在运行主程序之前，必须先对每一个用到的引脚的功能进行设置。如果某些引脚的复用功能没有使用，那么可以先将该引脚设置为I/O口。

2.2 GPIO对应的特殊功能寄存器

?         端口控制寄存器（GPFCON）

在S3C2410中，大多数的引脚都是复用的。因此，需要通过控制寄存器来配置每个I/O引脚的功能。如果GPF0～GPF7和GPG0～GPG7用做断电模式下的唤醒信号，这些端口必须配置成中断模式。

下表是GPFCON寄存器的配置说明：GPFCON中每两位对应一个端口，每个端口可以配置三种功能。如果某个端口所对应的两位配成00，则该端口作为输入，01为输出，10为外部中断功能，11保留。

表2.1  GPF端口控制寄存器

GPA,GPB等端口都有相应的控制寄存器，它们的配置说明也类似GPF。你在开发过程中用到这些端口的时候，可以参考s3c2410的数据手册。

?         端口数据寄存器（GPFDAT）

如果端口被配置成输出口，那么输出数据可以写入GPnDAT相应的位；如果端口定义为输入口，那么输入数据可以从GPnDAT相应的位读入。如果端口定义为功能引脚（如外部中断），从该寄存器中读出来的值是未定义的。

表2.2  GPF端口数据寄存器

?         端口上拉寄存器（GPFUP）

当GPF口作为输入口时，还可以设置内部上拉电阻，其定义如表2.2.3所示。端口上拉寄存器控制每个端口的上拉电阻的使能和关闭。当相应位为“0”时，上拉电阻使能，当相应位为“1”时，上拉电阻关闭。

表2.2.3  GPF端口上拉寄存器

3. 实验任务

本实验的最终目的是实现S3C2410平台上的LED驱动。包含以下几个任务：

（1）编写LED设备驱动程序，驱动程序中手动定义设备名称及主设备号，这个设备号必须是系统尚未使用的设备号，这里暂用212，你也可以尝试用别的数字。当然最好的方法是动态分配设备号，如果使用这种方法，在/dev目录下为LED设备建立设备节点的时候，需要先从/proc/devices文件中获取该设备的主设备号。在驱动程序中还要实现与LED相应的I/O配置，以及读写设备的接口函数等。

（2）将驱动编译成模块，并实现模块的加载及卸载。

（3）编写驱动的测试程序，在程序中实现打开LED设备，控制LED设备一亮一灭，关闭LED设备等。

4. 实验步骤

以下操作都在nfs文件系统目录（/home/kernel/rootfs/rootfs）下进行,因此先执行如下命令。

cd /home/kernel/rootfs/rootfs

（1）编写led.c文件

建立led目录：

mkdir usr/led

进入led目录，在该目录下建立两个子目录driver 和test ，前者用来存放驱动程序，后者用来存放驱动测试程序：

cd usr/led

mkdir driver test

进入驱动程序目录，建立设备驱动文件led.c：

cd driver 

vi led.c

LED驱动程序如下led.c所示：

//***************************** 头文件 ********************************

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

//*********************** 定义设备结构体及相关宏 ***************************

#define DEVICE_NAME    "led"           //定义设备名

#define DEVICE_MAJOR  212    //手动定义LED设备的主设备号为212

static int led_major = DEVICE_MAJOR ;

#define LED1        S3C2410_GPF4   //定义LED1对应S3C2410的GPF4端口

#define LED1_OUTP    S3C2410_GPF4_OUTP

#define LED_ON   0  //给端口低电平（0）时，LED亮

#define LED_OFF  1  //给端口高电平（1）时，LED灭

//定义LED设备结构体

struct s3c2410_led_dev

{

       struct cdev cdev;  //LED设备对应一个字符设备结构体

       int status;  //LED状态标识，0代表灭，1代表亮

};

static struct s3c2410_led_dev dev;

//***************************** 函数声明 ********************************

void s3c2410_led_InitIO(void);  //初始化IO端口的函数

//***************************** 函数定义 ********************************

/*

======================================================================

s3c2410_led _InitIO()

 描述   : 初始化IO端口

 参数   : 无

 返回值 : 无

======================================================================

*/

void s3c2410_led_InitIO(void)

{

int i;

    //配置LED对应的端口为输出          

s3c2410_gpio_cfgpin(LED1, LED1_OUTP);

    //配置LED初始为熄灭状态

s3c2410_gpio_setpin(LED1, LED_OFF);

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_open()

 描述    : 打开设备

 参数      :

 返回值  : 0

======================================================================

*/

static int s3c2410_led_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{    

return 0;

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_release()

 描述    : 注销设备

 参数    : 

 返回值  : 0

======================================================================

*/

static int s3c2410_led_release(struct inode *inode,struct file *filp)

{

    return 0;

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_ioctl()

 描述   :  IO控制函数，通过LED_ON和LED_OFF命令控制LED的亮灭

 参数   :  cmd:用户控制命令，包括LED_ON和LED_OFF

 返回值 :  0

======================================================================

*/

static int s3c2410_led_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,

                                unsigned int cmd,unsigned long arg)

{

       switch(cmd) {

         case LED_ON:

s3c2410_gpio_setpin(LED1, LED_ON);

              dev.status = 1;

break;

           case LED_OFF:

s3c2410_gpio_setpin(LED1, LED_OFF);

dev.status = 0;

break;

         default:

              return -EINVAL;

}

return 0;

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_read()

 描述   :  读函数，读取LED的状态

 参数   :  buffer: 用来存储读取的LED状态;

              count: 用来记录用户读取了多少个字符

 返回值 :  count

======================================================================

*/

static ssize_t s3c2410_led_read(struct file *filp,char *buffer,

                                        size_t count,loff_t *ppos)

{

put_user(dev.status,(int *)buffer);  //读取LED状态

       return 1;

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_write()

 描述   : 写操作函数，本实例中不做任何事

 参数   :

 返回值 : count

======================================================================

*/

static ssize_t s3c2410_led_write(struct file *filp,char *buffer,

                                   size_t count,loff_t *ppos)

{

get_user(dev.status,(int *)buffer);

if(dev.status == 0) //灭

       s3c2410_gpio_setpin(LED1, LED_OFF);

else if(dev.status == 1)//亮

     s3c2410_gpio_setpin(LED1, LED_ON);

return 1;

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_fops

 描述   : 文件操作结构体，实现 s3c2410_button_open()等函数与open()等系统调用的连接

 参数   : 无

 返回值 : 无

======================================================================

*/

static struct file_operations s3c2410_led_fops = {

    .owner  = THIS_MODULE,

.open   = s3c2410_led_open,

.release  = s3c2410_led_release,

.ioctl    = s3c2410_led_ioctl,

.read    = s3c2410_led_read,

.write   = s3c2410_led_write,

};

/*

======================================================================

led_setup_cdev()

 描述   : 安装LED设备的功能函数，在设备加载模块里面调用

 参数   : 无

 返回值 : 无

======================================================================

*/

static void led_setup_cdev(void)

{

int err ,devno = MKDEV (led_major , 0);

cdev_init(&dev.cdev,&s3c2410_led_fops);

dev.cdev.owner = THIS_MODULE; 

dev.cdev.ops = &s3c2410_led_fops;  //建立设备文件操作与系统调用之间的连接

err = cdev_add(&dev.cdev,devno,1);  //向系统添加该设备

if(err)

       printk("Error %d adding LED %d",err);

}

/*

======================================================================

s3c2410_led_init()

 描述   : 模块加载，IO及相关变量初始化

 参数   : 无

 返回值 : 无

======================================================================

*/

static int s3c2410_led_init(void)

{

    int result;

dev_t devno = MKDEV(led_major,0);  //根据主设备号得到dev_t类型的设备号devno

if(led_major)   //如果手动分配了主设备号

       result = register_chrdev_region(devno,1,DEVICE_NAME); //向系统申请该设备号

else

{   //否则动态获取设备号

result = alloc_chrdev_region(&devno ,0 ,1,DEVICE_NAME);

led_major = MAJOR(devno);

}

if(result < 0)

return result;

led_setup_cdev();     // 注册LED设备

s3c2410_led_InitIO();    // 初始化IO端口

// initialize the vals;

dev.status = 0;    //LED的初始状态是灭

printk(DEVICE_NAME " initialized\n");

return 0;

}

/*

======================================================================

                          s3c2410_led_exit()

 描述   : 模块卸载函数

 参数   : 无

 返回值 : 无

======================================================================

*/

static void s3c2410_led_exit(void)

{

cdev_del(&dev.cdev);  //注销设备

unregister_chrdev_region(MKDEV(led_major,0),1);  //释放设备号

}

module_init(s3c2410_led_init);

module_exit(s3c2410_led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");  //设备许可

（2）编写Makefile文件（主机的/home/kernel/rootfs/rootfs/usr/led/driver目录下）

vi Makefile

在该文件中加入以下内容：（其中KDIR是内核目录，读者要根据自己的内核所在目录来设置）。

obj-m := led.o

KDIR := /home/kernel/linux-2.6.24.4

PWD := $(shell pwd)

default:

       $(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules

 或者用下面的通用形式，详细的分析参看：http://weimenlove.blog.163.com/blog/static/17775473201111945059224/

  #如果已定义KERNELRELEASE，则说明是从内核构造系统调用的，
  #因此可利用其内建语句。
  ifneq ($(KERNELRELEASE),)
          obj-m := led.o
  #要构建的模块名称为led.ko,
  #并由两个源文件生成（比如file1.c和file2.c）
          #module-objs := file1.o file2.o
  #否则，是直接从命令行调用的，
  #这时要调用内核构造系统。
  else
  KERNELDIR := /home/kernel/linux-2.6.24.4
  PWD := $(shell pwd)
  default:
          $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
  endif
  clean:
          rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.order *symvers

（3）编译

make

编译完成后，该目录下会生成led.ko文件，该文件就是编译成功的模块文件。

（4）加载模块

首先设置内核以NFS方式加载根文件系统，在宿主机上运行minicom，打开实验箱电源，加载完U-Boot，内核和nfs文件系统之后按回车键进入目标机shell控制台，在目标机控制台中输入模块加载命令：

insmod usr/led/driver/led.ko

如果输出“led initialized”，表示led设备驱动加载成功

（5）编写测试文件led_test.c

进入宿主机的/home/kernel/rootfs/rootfs/usr/led/test目录，编辑测试文件led_test.c

cd /home/kernel/rootfs/rootfs/usr/led/test

vi led_test.c

在测试文件中加入如下代码：

#include

#include

#include

#include "sys/types.h"

#include "sys/ioctl.h"

#include "stdlib.h"

#include "termios.h"

#include "sys/stat.h"

#include "fcntl.h"

#include "sys/time.h"

#define LED_ON 0

#define LED_OFF 1

int main()

{

    int fd,i,j;

int led_status = 0;  //初始状态为熄灭

    fd = open("/dev/led", O_RDWR);  //打开设备

    if (fd < 0) {  // 如果打开设备失败，退出

        perror("open device led failed !");

        exit(1);

    }

    printf("led test show. press ctrl+c to exit \n");

ioctl(fd,LED_OFF);

    while(1){//主循环

read (fd,&led_status,1);  //读取LED1的当前状态到led_status

if(    led_status ==0) //如果是灭的

     ioctl(fd,LED_ON);  //点亮

else if(    led_status ==1) //如果是亮的

     ioctl(fd,LED_OFF); //熄灭

       printf("led: on and off\n");

       for(i=0;i<300;i++)

                   for(j=0;j<10000;j++);

}

    close(fd);    //关闭设备

return 0;

｝

该测试程序实现了控制S3C2410板上的灯的亮灭。

（6）编译测试程序

arm-linux-gcc -o led_test led_test.c

该命令的意思是使用的交叉编译器arm-linux-gcc对驱动程序led_test.c进行编译，编译成功后在test目录下会生成目标机的可执行文件led_test。

（7）运行测试程序

创建设备

在目标机中，通过查看/proc/devices中注册进内核的设备条目及相关的设备号。进入/dev目录，创建设备，设备名为led，属于字符型设备，主设备号是212，次设备号是0。（要与led.c文件中的定义相符）：

cat /proc/devices

cd /dev

mknod led c 212 0

./usr/led/test/led_test或/usr/led/test/led_test

可以看到控制台会打印出一行信息：“led test show. press ctrl+c to exit ”。按“ctrl+c”可以退出测试程序。

测试程序运行时，目标机的两个led灯一亮一灭，同时，在控制台输出的信息如下：

led test show. press ctrl+c to exit                                            

led: on and off                                                              

led: on and off                                                              

led: on and off                                                              

led: on and off 

（8）卸载模块

rmmod /dev/led

卸载了模块以后，测试程序便不能正常运行了，如果运行会输出如下信息：“open device led: No such device or address”

       执行"insmod usr/led/driver/led.ko"时，就会调用"s3c2410_led_init"函数，执行"rmmod /dev/led"或者"rmmod led.ko"时，就会调用"s3c2410_led_exit"函数。

From: 嵌入式Linux初级实验