在前面的章節中，我們學習了解了字符設備驅動，以及如何在設備樹文件中添加設備信息，接下來就來看一下i.MX6UL終結者開發板的實際硬件是如何添加的。我們先以最簡單的LED設備來看一下具體的注冊流程。
36.1 LED設備注冊流程
在i.MX6UL終結者開發板上有一個LED設備，如果想要通過Linux系統/dev目錄下的設備節點來控制LED，就需要在內核中添加LED的驅動，具體的流程可以分為下面幾個步驟：
① 硬件原理圖分析，確定控制LED的GPIO信息。
② 根據GPIO信息在設備樹文件中添加pinctrl信息
③ 在設備樹中創建LED的設備節點，並加入GPIO信息
④ 編寫LED設備驅動程序
接下來根據上面這四步來添加一下LED的設備驅動。
36.2 LED硬件原理圖分析
LED設備的硬件原理圖如下所示：
LED設備的原理圖很簡單，LED一端接3.3V電源，另一端為控制引腳：GPIO_3，通過控制GPIO_3的高低電平來控制LED的亮滅。所以我們確認LED設備只使用了一個控制引腳：GPIO_3。
36.3 修改設備樹文件
在引腳原理圖分析中確認了LED的控制GPIO信息，接下來就要修改設備樹文件。
36.3.1 添加pinctrl信息
在i.MX6UL終結者開發板中使用GPIO_3這個引腳來控制LED設備。打開topeet_emmc_4_3.dts文件在iomux節點的imx6ul-evk子節點下創建一個名為“pinctrl_led”的子節點，具體內容如下：
&iomuxc {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
imx6ul-evk {
pinctrl_led: gpio-led {
fsl,pins = <mx6ul_pad_gpio1_io03__gpio1_io03 0x10b0>;
};
}
};
在pinctrl_gpio_leds節點中將GPIO_3引腳的復用功能定義為GPIO1_IO03，即為一個普通的輸入輸出引腳。宏定義MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03定義在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h目錄下。
36.3.2 添加LED設備節點
在topeet_emmc_4_3.dts文件下，在根節點“/”下創建LED節點，節點名為“gpioled”，具體內容如下：
1 gpioled {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <1>;
4 compatible = "gpioled";
5 pinctrl-names = "default";
6 pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
7 led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
8 status = "okay";
9 };
第6行，pinctrl-0 屬性設置 LED 燈所使用的GPIO對應的 pinctrl 節點。
第7行，led-gpio屬性指定了LED使用的GPIO為GPIO1的IO3引腳，低電平有效，在驅動程序中會獲取led-gpio屬性的內容來得到GPIO編號，因為gpio子系統的操作控制函數需要GPIO編號。
添加完LED的設備節點后，還有一個重要的步驟，就是檢查GPIO引腳有沒有被其他設備使用。一個引腳只能配置成一個功能，如果有其他設備也使用了這個GPIO，那么會導致在LED驅動程序中GPIO初始化失敗。這一點非常重要。
檢查GPIO引腳有沒有被其他設備使用包括兩個方面：
① 檢查pinctrl設置
② 檢查這個GPIO有沒有被別的設備使用
LED設備使用的是GPIO1_IO03，首先檢查GPIO1_IO03這個引腳有沒有其他pinctrl節點的設置。在topeet_emmc_4_3.dts文件中找到了如下內容：
pinctrl_tsc: tscgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO01__GPIO1_IO01 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0xb0
MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04 0xb0
>;
};
GPIO1_IO03引腳也在pinctrl_tsc節點中定義了，pinctrl_tsc 節點是 TSC(電阻觸摸屏接口)的 pinctrl 節點，而在i.MX6UL終結者開發板中並沒有用到這個接口，因此我們要將pinctrl_tsc節點下的GPIO1_IO03引腳的定義注釋掉。和 C 語言一樣，在要屏蔽的內容前后加上“/*”和“*/”符號即可。
既然有其他設備配置了GPIO1_IO03引腳的pinctrl信息，應該會有使用使用這個pinctrl節點的設備節點，在topeet_emmc_4_3.dts文件中查找一下pinctrl_tsc或者直接查找“gpio1 3”，查找內容如下：
1 &tsc {
2 pinctrl-names = "default";
3 pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc>;
4 xnur-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
5 measure-delay-time = <0xffff>;
6 pre-charge-time = <0xfff>;
7 status = "disabled";
8 };
可以看出第4行xnur-gpio屬性使用了“gpio1 3”，同意需要把這一行也注釋掉。然后繼續按照上面步驟搜索，看看還有沒有其他設備使用了GPIO1_IO03引腳。
設備樹編寫完成以后使用“make dtbs”命令重新編譯設備樹，然后使用新編譯出來的 topeet_emmc_4_3.dtb 文件啟動 Linux 系統。啟動成功以后進入“/proc/device-tree”目錄中查看“gpioled”節點是否存在，如果存在的話就說明設備樹基本修改成功(具體作用還要驅動驗證)，結果如下圖所示：
請繼續：IMX6ULL開發平台Linux-LED實驗(二)
上部分內容IMX6ULL開發平台Linux-LED實驗(一)36.4 編寫LED驅動程序
本實驗例程路徑：i.MX6UL終結者光盤資料/06_Linux驅動例程/02_gpioled
在設備樹文件中添加完LED設備信息后，就可以編寫LED的驅動程序了，創建gpioled.c文件，具體驅動內容如下所示：
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10 #include
11 #include
12 #include
13 #include
14 #include
15 #include
16 #include
17
18 #define GPIOLED_CNT 1 /* 設備號個數 */
19 #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */
20 #define LEDOFF 0 /* 關燈 */
21 #define LEDON 1 /* 開燈 */
22
23 /* gpioled 設備結構體 */
24 struct gpioled_dev{
25 dev_t devid; /* 設備號 */
26 struct cdev cdev; /* cdev */
27 struct class *class; /* 類 */
28 struct device *device; /* 設備 */
29 int major; /* 主設備號 */
30 int minor; /* 次設備號 */
31 struct device_node *nd; /* 設備節點 */
32 int led_gpio; /* led 所使用的 GPIO 編號 */
33 };
34
35 struct gpioled_dev gpioled; /* led 設備 */
36
37 /*
38 * @description : 打開設備
39 * @param – inode : 傳遞給驅動的 inode
40 * @param – filp : 設備文件，file 結構體有個叫做 private_data 的成員變量
41 * 一般在 open 的時候將 private_data 指向設備結構體。
42 * @return : 0 成功;其他 失敗
43 */
44 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
45 {
46 filp->private_data = &gpioled; /* 設置私有數據 */
47 return 0;
48 }
49
50 /*
51 * @description : 從設備讀取數據
52 * @param – filp : 要打開的設備文件(文件描述符)
53 * @param - buf : 返回給用戶空間的數據緩沖區
54 * @param - cnt : 要讀取的數據長度
55 * @param – offt : 相對於文件首地址的偏移
56 * @return : 讀取的字節數，如果為負值，表示讀取失敗
57 */
58 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
59 size_t cnt, loff_t *offt)
60 {
61 return 0;
62 }
63
64 /*
65 * @description : 向設備寫數據
66 * @param - filp : 設備文件，表示打開的文件描述符
67 * @param - buf : 要寫給設備寫入的數據
68 * @param - cnt : 要寫入的數據長度
69 * @param – offt : 相對於文件首地址的偏移
70 * @return : 寫入的字節數，如果為負值，表示寫入失敗
71 */
72 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
73 size_t cnt, loff_t *offt)
74 {
75 int retvalue;
76 unsigned char databuf[1];
77 unsigned char ledstat;
78 struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
79
80 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
81 if(retvalue < 0) {
82 printk("kernel write failed!\r\n");
83 return -EFAULT;
84 }
85
86 ledstat = databuf[0]; /* 獲取狀態值 */
87
88 if(ledstat == LEDON) {
89 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打開 LED 燈 */
90 } else if(ledstat == LEDOFF) {
91 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 關閉 LED 燈 */
92 }
93 return 0;
94 }
95
96 /*
97 * @description : 關閉/釋放設備
98 * @param – filp : 要關閉的設備文件(文件描述符)
99 * @return : 0 成功;其他 失敗
100 */
101 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
102 {
103 return 0;
104 }
105
106 /* 設備操作函數 */
107 static struct file_operations gpioled_fops = {
108 .owner = THIS_MODULE,
109 .open = led_open,
110 .read = led_read,
111 .write = led_write,
112 .release = led_release,
113 };
114
115 /*
116 * @description : 驅動入口函數
117 * @param : 無
118 * @return : 無
119 */
120 static int __init led_init(void)
121 {
122 int ret = 0;
123
124 /* 設置 LED 所使用的 GPIO */
125 /* 1、獲取設備節點：gpioled */
126 gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
127 if(gpioled.nd == NULL) {
128 printk("gpioled node cant not found!\r\n");
129 return -EINVAL;
130 } else {
131 printk("gpioled node has been found!\r\n");
132 }
133
134 /* 2、 獲取設備樹中的 gpio 屬性，得到 LED 所使用的 LED 編號 */
135 gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
136 if(gpioled.led_gpio < 0) {
137 printk("can't get led-gpio");
138 return -EINVAL;
139 }
140 printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
141
142 /* 3、設置 GPIO1_IO03 為輸出，並且輸出高電平，默認關閉 LED 燈 */
143 ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
144 if(ret < 0) {
145 printk("can't set gpio!\r\n");
146 }
147
148 /* 注冊字符設備驅動 */
149 /* 1、創建設備號 */
150 if (gpioled.major) { /* 定義了設備號 */
151 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
152 register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT,
153 GPIOLED_NAME);
154 } else { /* 沒有定義設備號 */
155 alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT,
156 GPIOLED_NAME); /* 申請設備號 */
157 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 獲取分配號的主設備號 */
158 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 獲取分配號的次設備號 */
159 }
160 printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,
161 gpioled.minor);
162
163 /* 2、初始化 cdev */
164 gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
165 cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
166
167 /* 3、添加一個 cdev */
168 cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
169
170 /* 4、創建類 */
171 gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
172 if (IS_ERR(gpioled.class)) {
173 return PTR_ERR(gpioled.class);
174 }
175
176 /* 5、創建設備 */
177 gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,
178 gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
179 if (IS_ERR(gpioled.device)) {
180 return PTR_ERR(gpioled.device);
181 }
182 return 0;
183 }
184
185 /*
186 189 * @description : 驅動出口函數
187 * @param : 無
188 * @return : 無
189 */
190 static void __exit led_exit(void)
191 {
192 /* 注銷字符設備驅動 */
193 cdev_del(&gpioled.cdev); /* 刪除 cdev */
194 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注銷 */
195
196 device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
197 class_destroy(gpioled.class);
198 }
199
200 module_init(led_init);
201 module_exit(led_exit);
202 MODULE_LICENSE("GPL");
203 MODULE_AUTHOR("topeet");
第24~33行，創建一個led的設備結構體，包含一些私有數據。
第46行，當使用open函數時，將設備結構體變量 gpioled 設置為 filp 的私有數據 private_data。
第72~94行，實現write函數，函數中根據指令選擇打開或關閉LED燈。
第135行，通過函數 of_get_named_gpio 函數獲取 LED 所使用的 LED 編號。相當於將gpioled 節點中的“led-gpio”屬性值轉換為對應的 LED 編號。
第171、177行，創建類和設備，實現模塊加載時自動在/dev目錄下創建設備文件。
36.5 編寫應用測試程序
創建應用測試程序gpioled_test.c，內容如下：
#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 數組元素個數
* @param - argv : 具體參數
* @return : 0 成功;其他 失敗
*/
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];
/* 打開 led 驅動 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要執行的操作：打開或關閉 */
/* 向/dev/led 文件寫入數據 */
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0){
printf("LED Control Failed!\r\n");
close(fd);
return -1;
}
retvalue = close(fd); /* 關閉文件 */
if(retvalue < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}
gpioled_test.c應用測試程序還是比較簡單的，就是對LED驅動的打開、關閉、寫操作，在運行程序時需要指定設備文件名稱和要執行的操作。
36.6 編譯運行測試36.6.1 編譯LED驅動文件
和前面章節中驅動測試程序一樣需要一個Makefile文件，只是將obj-m的值改為gpioled.o，Makefile文件內容如下：
KERNELDIR := /home/topeet/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := gpioled.o
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
首先我們在終端輸入兩個命令（設置兩個環境變量）：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
然后執行“make”命令編譯模塊，編譯完成生成gpioled.ko，如下圖所示：
36.6.2 編譯應用測試程序
輸入如下命令編譯應用測試程序：
arm-linux-gnueabihf-gcc -o gpioled_test gpioled_test.c
編譯完成后，會生成gpioled_test可執行文件。如下圖所示：
36.6.3 運行測試
啟動開發板，將編譯好的gpioled.ko驅動模塊和gpioled_test應用測試文件拷貝到/lib/modules/4.1.15目錄下（檢查開發板根文件系統中有沒有“/lib/modules/4.1.15”這個目錄，如果沒有的話需要自行創建一下。開發板中使用的是光盤資料里面提供的busybox文件系統，光盤資料的“i.MX6UL終結者光盤資料\08_開發板系統鏡像\03_文件系統鏡像\01_Busybox文件系統”目錄下）。輸入下面命令加載模塊：
depmod
modprobe gpioled
驅動加載成功后，顯示下面的信息：
可以看出模塊加載成功，打印了一下基本信息。
然后使用gpioled_test應用測試程序來進行測試LED驅動是否可行。執行下面的命令來打開LED燈：
./gpioled_test /dev/gpioled 1
然后觀察開發板上的LED紅燈是否點亮，如果點亮的話，說明驅動工作正常。
然后輸入下面的命令關閉LED燈：
./gpioled_test /dev/gpioled 0
觀察LED燈是否熄滅。
卸載驅動使用下面的命令：
rmmod gpioled
