嵌入式Linux学习笔记之LED驱动

最近在学习嵌入式Linux驱动开发，大致了解了驱动的基本开发流程，本文主要针对字符设备驱动开发做一个简要介绍，也当作是对这几天工作的一个小小总结。

计算机系统是由软硬件相互协调共同完成工作的，作为专用计算机系统的嵌入式系统也不例外，既要有CPU、SDRAM、FLASH、IO等硬件，同时也少不了操作系统和应用软件等软件的支持，而作为应用程序与硬件的桥梁——驱动程序，是整个嵌入式系统开发过程中的关键环节。驱动开发涉及底层，而了解底层作用机制对于整个系统的开发意义重大。

Linux内核中有60%以上是驱动程序，它不仅支持驱动以静态形式编译进内核，而且允许驱动以模块的形式动态加载进内核，大大减小了内核的大小，同时便于调试分析。

Linux将所有的设备当作文件进行处理，Linux系统的设备分为三类：字符设备、块设备和网络设备。字符设备的驱动有一个固定的模板，主要编写file_operations结构体中的成员函数，这些函数最终会在应用程序进行Linux的open（）、write（）、read（）、ioctl（）、close（）等系统调用时被调用。

驱动开发作用在内核空间，应用程序开发作用在用户空间。下面以GPIO端口驱动LED亮灭为例。

1、查看开发板原理图和芯片数据手册；

从上图图中可以看出GPF4~GPF7 分别控制D12~D9，当GPF4~GPF7被配置为输出模式，同时向该引脚输出0时LED亮，输出1时LED灭。

从下图可以看出GPFCON控制寄存器对应的每个引脚由两位决定，01时表示输出，所以GPF7~GPF4为0101时，四个引脚配置为输出，所以GPFCON=0x55FF。GPFDAT的八位分别对应八个引脚，0表示输出0，1表示输出1，譬如要使D9~D12都亮，则GPFDAT=0x0F。GPFUP对应的八位为1时表示上拉失效，为0时对应位上拉。同时可以看出GPFCON、GPFDAT、GPFUP的物理地址分别是0x56000050、0x56000054、0x56000058。

2、在虚拟机的shell终端下，编写和编译驱动程序和测试程序，步骤如下图；

源码如下：

led.c

<span style="font-size:12px;">#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/delay.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/types.h>
#include<linux/ioctl.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/errno.h>

#include<asm/io.h>
#include<asm/hardware.h>
#include<asm/arch/regs-gpio.h>
#include<asm/arch-s3c2410/hardware.h>

#define S3C2410_GPFCON S3C2410_GPIOREG(0x50)
#define S3C2410_GPFDAT S3C2410_GPIOREG(0x54)
#define S3C2410_GPFUP S3C2410_GPIOREG(0x58)

#define GPFCON *(volatile unsigned int *)S3C2410_GPFCON
#define GPFDAT *(volatile unsigned int *)S3C2410_GPFDAT
#define GPFUP *(volatile unsigned int *)S3C2410_GPFUP

void delay_1(void)
{
	int i,j;
	for(i=0;i<1000;i++)
		for(j=0;j<10000;j++);
}

#define LED1_ON() (GPFDAT &=~0x8f)
#define LED2_ON() (GPFDAT &=~0x4f)
#define LED3_ON() (GPFDAT &=~0x2f)
#define LED4_ON() (GPFDAT &=~0x1f)
#define LED1_OFF() (GPFDAT |=0x80)
#define LED2_OFF() (GPFDAT |=0x40)
#define LED3_OFF() (GPFDAT |=0x20)
#define LED4_OFF() (GPFDAT |=0x10)

static int LedStatus;
void LedSet(int led)
{
	LedStatus = led;
	if(LedStatus&1)
		LED1_ON();
	else
		LED1_OFF();
	if(LedStatus&2)
		LED2_ON();
	else
		LED2_OFF();
	if(LedStatus&4)
		LED3_ON();
	else
		LED3_OFF();
	if(LedStatus&8)
		LED4_ON();
	else
		LED4_OFF();
}

void LedDisp(void)
{
	LedSet(0x08);
	delay_1();
	LedSet(0x04);
	delay_1();
	LedSet(0x02);
	delay_1();
	LedSet(0x01);
	delay_1();
	LedSet(0x02);
	delay_1();
	LedSet(0x04);
	delay_1();
	LedSet(0x08);
	delay_1();
}

#define DEVICE_NAME "led"
#define LED_MAJOR 220

static int led_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
	GPFCON=0x5500;
	GPFUP=0xff;
	printk("LED Driver Open Called!\n");
	return 0;
}

static int led_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
	printk("LED Driver Release Called\n");
	return 0;
}

static int led_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{
	int err=0;
	if(cmd==1){
		while(arg--)
		{
			LedDisp();
			printk("....");
		}
		printk("\n");
		return 0;
	}
	return err;
}

static struct file_operations led_fops =
{
	.owner   = THIS_MODULE,
	.open    = led_open,
	.release = led_release,
	.ioctl   = led_ioctl,
};

static int __init led_init(void)
{
	int result=0;
	result=register_chrdev(LED_MAJOR,DEVICE_NAME,&led_fops);
	if(result < 0)
	{
		printk("failed to register!\n");
		return result;
	}
	printk("success to register\n");
	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
	printk("Led Driver Module Exit\n");
	unregister_chrdev(LED_MAJOR,DEVICE_NAME);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_AUTHOR("njust_sxy");
MODULE_DESCRIPTION("Led Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");</span>

Makefile

<span style="font-size:12px;">obj-m :=led.o
KDIR := /home/sxy/linux-2.6.8.1-zzm
PWD :=$(shell pwd)
CC=arm-linux-gcc
default:
	$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules
clean:
	rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko</span>

<span style="font-size:12px;">#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include<linux/delay.h>
#include<sys/ioctl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;
	int val=-1;
	fd=open("/dev/led",0);
	if(fd<0)
	{
		perror("can not open device");
		exit(1);
	}
	while(1){
		printf("please select number to run program\n");
		printf("1:led on \n2:quit ");
		scanf("%d",&val);
		if(val==1)
			ioctl(fd,1,10);
		else
			if(val==2){
				close(fd);
			}
		}
	return 0;
}<strong>
</strong></span>

3、在串口终端上，加载驱动模块和测试驱动程序；

mount：挂载虚拟机的/home目录到开发板的/tmp/led目录下；

insmod：加载模块；

mknod：创建设备节点；

rmmod：卸载模块；

led.ko：led设备驱动模块。

实验结果：在终端打印出“...."的同时，LED从D12~D9相继亮灭（流水灯）。

总结：整个LED驱动开发并不算难，如果有了裸机编程的基础，加上一定的Linux基础，上手会更加容易。期间也碰到不少疑问，而最后大部分也都得到了解答。总之，基础还是很重要的，理论+实践才是王道。

ps：曾经尝试调用内核中的s3c2410_gpio_cfgpin()和s3c2410_gpio_setpin()两个函数来实现端口输出配置和向数据寄存器写数据，但会出现下面这个问题：

s3c2410_gpio_cfgpin()和s3c2410_gpio_setpin()这两个函数在/arch/arm/mach-s3c2410/gpio.c文件中定义，在asm-arm/arch-s3c2410/hardware.h中extern声明，最初编译时警告说这两个函数是”undefined“的，后来我在gpio.c文件中添加EXPORT_SYMBOL(s3c2410_gpio_cfgpin);EXPORT_SYMBOL(s3c2410_gpio_setpin);导出符号，却出现“no CRC”这个警告，这个问题已经折腾我好几天了，求高手解答。

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