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Linux 驱动开发基础(2)-设备树LED驱动

  • 2026-09-09 01:19:22
Linux 驱动开发基础(2)-设备树LED驱动

Linux 驱动开发基础(2)-设备树LED驱动

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前情回顾 Linux 驱动开发基础(1)—— 设备树详解。 在上一节中,我们了解了设备树(Device Tree)的基本语法和内核操作函数。本节将正式实战,编写一个基于设备树的 LED 字符设备驱动。

在前几节的 LED 驱动中,我们在驱动代码里硬编码了寄存器的物理地址,并使用 ioremap 映射。 而本节我们将采用 Linux 内核推荐的标准做法:

  1. 设备树(DTS):描述硬件信息(寄存器地址、属性)。
  2. 驱动代码(Driver):通过内核提供的 OF 函数(Open Firmware)读取设备树信息,实现硬件控制。

本节重点:

  1. DTS 编写:在 .dts 文件中创建设备节点。
  2. 属性获取:在驱动中读取 compatible、status、reg 等属性。
  3. GPIO 初始化:使用获取到的属性初始化 LED 并实现闪烁。

01 修改设备树文件 (.dts)

我们需要在板子对应的 .dts 文件(如 imx6ull-14x14-evk.dts)的根节点 / 下,添加一个名为 alphaled 的子节点。

添加设备节点

/* 在根节点 / 下添加 alphaled 节点 */alphaled {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;    compatible = "atkalpha-led";  /* 驱动匹配关键词 */    status = "okay";              /* 设备状态 *//*      * reg 属性:定义了 LED 驱动需要的寄存器物理地址和长度      * 格式:<起始地址 长度>     * 对应关系:     * Index 0: CCM_CCGR1 (时钟)     * Index 1: SW_MUX_GPIO1_IO03 (复用)     * Index 2: SW_PAD_GPIO1_IO03 (电气属性)     * Index 3: GPIO1_DR (数据)     * Index 4: GPIO1_GDIR (方向)     */    reg = < 0X020C406C0X04/* CCM_CCGR1_BASE */0X020E00680X04/* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */0X020E02F40X04/* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */0X0209C0000X04/* GPIO1_DR_BASE */0X0209C0040X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */};
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⚠️ 注意:修改完 dts 文件后,必须重新编译设备树(make dtbs),并使用新的 .dtb 文件启动开发板。


02 LED 驱动程序编写

新建 dtsled.c,本驱动采用了新字符设备注册方式(alloc_chrdev_region + cdev),并集成了 class_create 自动创建设备节点的功能。

核心代码详解

#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<linux/cdev.h>#include<linux/device.h>#include<linux/of.h>          /* 设备树核心头文件 */#include<linux/of_address.h>  /* OF 地址转换相关 */#include<asm/mach/map.h>#include<asm/uaccess.h>#include<asm/io.h>#define DTSLED_CNT  1          /* 设备号个数 */#define DTSLED_NAME "dtsled"/* 设备名 /dev/dtsled */#define LEDOFF      0          /* 关灯 */#define LEDON       1          /* 开灯 *//* 映射后的虚拟地址指针 */staticvoid __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;staticvoid __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;staticvoid __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;staticvoid __iomem *GPIO1_DR;staticvoid __iomem *GPIO1_GDIR;/* dtsled 设备结构体 */structdtsled_dev{dev_t devid;              /* 设备号 */structcdevcdev;/* cdev 字符设备结构 */structclass *class;/* 类,用于自动创建设备节点 */structdevice *device;/* 设备 */int major;                /* 主设备号 */int minor;                /* 次设备号 */structdevice_node *nd;/* 存放对应的设备树节点 */};structdtsled_devdtsled;/* 声明设备实例 *//** * @brief LED 硬件控制函数 * @param sta : LEDON(0) 打开, LEDOFF(1) 关闭 * @note  I.MX6ULL 的 LED 为低电平点亮 */voidled_switch(u8 sta){    u32 val = 0;if(sta == LEDON) {        val = readl(GPIO1_DR);        val &= ~(1 << 3);     /* bit3 清零,输出低电平 */        writel(val, GPIO1_DR);    } elseif(sta == LEDOFF) {        val = readl(GPIO1_DR);        val |= (1 << 3);      /* bit3 置一,输出高电平 */        writel(val, GPIO1_DR);    }}/* * @brief 打开设备 * @note  一般在 open 中将 private_data 指向设备结构体,方便后续函数使用 */staticintled_open(struct inode *inode, struct file *filp){    filp->private_data = &dtsled; return0;}/* * @brief 从设备读取数据 (本例未实现) */staticssize_tled_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){return0;}/* * @brief 向设备写入数据 (控制 LED) * @param buf : 用户空间传递的数据,0为开灯,1为关灯 */staticssize_tled_write(struct file *filp, constchar __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){int retvalue;unsignedchar databuf[1];unsignedchar ledstat;/* 获取用户空间数据 */    retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {        printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;    }    ledstat = databuf[0];/* 根据指令控制 LED */if(ledstat == LEDON) {        led_switch(LEDON);    } elseif(ledstat == LEDOFF) {        led_switch(LEDOFF);    }return0;}/* * @brief 关闭/释放设备 */staticintled_release(struct inode *inode, struct file *filp){return0;}/* file_operations 结构体 */staticstructfile_operationsdtsled_fops = {    .owner = THIS_MODULE,    .open  = led_open,    .read  = led_read,    .write = led_write,    .release = led_release,};/* * @brief 驱动入口函数 * @note  完成设备树节点获取、内存映射、硬件初始化、字符设备注册 */staticint __init led_init(void){    u32 val = 0;int ret;    u32 regdata[14];constchar *str;structproperty *proper;/* ================= 1. 获取设备树属性 ================= *//* 1.1 获取设备节点:通过路径查找 /alphaled */    dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled");if(dtsled.nd == NULL) {        printk("alphaled node can not found!\r\n");return -EINVAL;    } else {        printk("alphaled node has been found!\r\n");    }/* 1.2 获取 compatible 属性 (仅做演示,非必须) */    proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);if(proper == NULL) {        printk("compatible property find failed\r\n");    } else {        printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);    }/* 1.3 获取 status 属性 */    ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);if(ret < 0){        printk("status read failed!\r\n");    } else {        printk("status = %s\r\n",str);    }/* 1.4 获取 reg 属性 (原始数组方式读取) */    ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);if(ret < 0) {        printk("reg property read failed!\r\n");    } else {        u8 i = 0;        printk("reg data:\r\n");for(i = 0; i < 10; i++)            printk("%#X ", regdata[i]);        printk("\r\n");    }/* ================= 2. 初始化 LED 硬件 ================= *//*      * 内存映射:推荐使用 of_iomap      * of_iomap(node, index) 会自动从 reg 属性中提取第 index 组的地址和长度进行映射     */    IMX6U_CCM_CCGR1   = of_iomap(dtsled.nd, 0);    SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);    SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);    GPIO1_DR          = of_iomap(dtsled.nd, 3);    GPIO1_GDIR        = of_iomap(dtsled.nd, 4);/* 2.1 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 (11b) */    writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 2.2 设置复用功能 (MUX) */    writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/* 2.3 设置电气属性 (PAD) */    writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 2.4 设置 GPIO 方向为输出 */    val = readl(GPIO1_GDIR);    val &= ~(1 << 3);    val |= (1 << 3);    writel(val, GPIO1_GDIR);/* 2.5 默认关闭 LED (高电平关闭) */    val = readl(GPIO1_DR);    val |= (1 << 3);    writel(val, GPIO1_DR);/* ================= 3. 注册字符设备驱动 ================= *//* 3.1 申请设备号 */if (dtsled.major) {        dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);        register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);    } else {/* 动态申请设备号 */        alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);        dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid);        dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid);    }    printk("dtsled major=%d, minor=%d\r\n", dtsled.major, dtsled.minor);/* 3.2 初始化 cdev 并添加到内核 */    dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;    cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);    cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);/* 3.3 创建类 (在 /sys/class/ 下创建目录) */    dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.class)) {return PTR_ERR(dtsled.class);    }/* 3.4 创建设备 (在 /dev/ 下创建节点文件) */    dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.device)) {return PTR_ERR(dtsled.device);    }return0;}/* * @brief 驱动出口函数 */staticvoid __exit led_exit(void){/* 1. 取消地址映射 */    iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);    iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);    iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);    iounmap(GPIO1_DR);    iounmap(GPIO1_GDIR);/* 2. 注销字符设备 */    cdev_del(&dtsled.cdev);    unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT);/* 3. 销毁设备与类 */    device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);    class_destroy(dtsled.class);}module_init(led_init);module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("xxxx");

03 总结

本例程通过以下三个关键步骤实现了设备树驱动:

  1. 节点查找:使用 of_find_node_by_path 找到设备树中的节点。
  2. 属性读取:使用 of_property_read_u32_array 等函数获取 reg 属性。
  3. 地址映射:使用 of_iomap 替代传统的 ioremap,它自动解析 reg 属性中的物理地址和长度,更加简便。

这种方式将“硬件描述”(DTS)与“驱动逻辑”(.c)分离开来,当硬件修改时,只需修改 DTS 即可,无需重新编译驱动代码。

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