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Linux驱动开发（二）--字符设备驱动开发提升 LED驱动开发实验

news 来源：原创 2024/9/29 3:22:28

1、地址映射

在编写驱动之前，需要知道MMU，也就是内存管理单元，在老版本的 Linux 中要求处理器必须有 MMU，但是现在Linux 内核已经支持无 MMU 的处理器了。
MMU的功能如下：

完成虚拟空间到物理空间的映射
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

我们重点来讲第一点，物理空间映射，是虚拟空间到物理空间的映射，也叫做地址映射。
先了解虚拟地址(VA,Virtual Address)、物理地址(PA，PhyscicalAddress)这两个概念，对于 32 位的处理器来说，虚拟地址范围是 2^32=4GB，我们的开发板上有 512MB 的 DDR3，这 512MB 的内存就是物理内存，经过 MMU 可以将其映射到整个 4GB 的虚拟空间。

所以后续我们访问相关引脚进行操作的时候，如果没有开启 MMU 的话直接向 0X020E0068 这个寄存器地址写入数据就可以配置 GPIO1_IO03 的复用功能。现在开启了 MMU，并且设置了内存映射，因此就不能直接向 0X020E0068 这个地址写入数据了。我们必须得到 0X020E0068 这个物理地址在 Linux 系统里面对应的虚拟地址，这里就涉及到了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。
总得来说也就是上面的步骤多加了一个IO映射的一个过程，仅此而已。

2、引脚操作回顾

2.1 STM32 GPIO回顾

主要是通过流程来作为思维的引导。
我们一般拿到一款全新的芯片，第一个要做的事情的就是驱动其 GPIO，控制其 GPIO 输出高低电平，我们学习 I.MX6U 也一样的，先来学习一下 I.MX6U 的 GPIO。在学习 I.MX6U 的 GPIO 之前，我们先来回顾一下 STM32 的 GPIO 初始化(如果没有学过 STM32 就不用回顾了)，我们以最常见的 STM32F103 为例来看一下 STM32 的 GPIO 初始化，示例代码如下：

void LED_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//使能 PB 端口时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //PB5 端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 口速度GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化 GPIOB.5GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB.5 输出高
}

看不止是看代码，要看流程，1.使能时钟 2.初始化GPIO，比如上下拉、速度 3.io口是否需要复用 4.GPIO输出高电平还是低电平 这是流程。

我们还需要了解相关位操作，具体如下所示：

分别是写（设置），读（清除）

val = data_reg;
val = val | (1<<n);
data_reg = val;

上述为写操作，具体涉及 “ | ”，不影响其他位。

val = data_reg;
val = val & ~(1<<n);
data_reg = val;

上述为读操作，具体涉及 “ ~ “ ” & ”，不影响其他位。

3、编译驱动程序

#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" /* 设备名字 */#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C) 
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;/** @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(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF) {val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);} 
}static int led_open (struct inode *inodp, struct file *filp)
{return 0;
}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 = 0;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];if(ledstat == LEDON){led_switch(LEDON);}else if(ledstat == LEDOFF){led_switch(LEDOFF);}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 *inodp, struct file *filp)
{return 0;
}static struct file_operations led_fops = {.owner   = THIS_MODULE,.open    = led_open,.read    = led_read,.write   = led_write,.release = led_release,
};static int __init led_init(void){int retvalue = 0;u32 val = 0;IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE,4);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE,4);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE,4);GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE,4);GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE,4);/* 2、使能 GPIO1 时钟 */val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26); /* 清除以前的设置 */val |= (3 << 26); /* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 3、设置 GPIO1_IO03 的复用功能，将其复用为* GPIO1_IO03，最后设置 IO 属性。*/writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/* 寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03 设置 IO 属性 */writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭 LED */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);//设备号 名字 字符模型驱动的一个结构体retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME,&led_fops);if(retvalue < 0){// exit}return 0;
}static void __exit led_exit(void){iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);unregister_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("7yewh");