字符设备驱动-led

这部分的内容，在上一节的基础上，实际的操作一个 led

MMU、地址映射与内存读写

地址映射 api

虚拟内存到物理内存的映射。

512M DDR 挂载物理地址的 0x80000000-0x9fffffff 上，芯片里外设的寄存器也是挂在物理地址上。

但是 32 位机器跑了操作系统后，每个进程可以使用的地址空间是 4GB，0x00000000 - 0xffffffff。

想点灯，就要操作 GPIO 相关的寄存器，GPIO 的寄存器在物理地址上，但是进程里操作的都是虚拟地址，所以首先需要知道 GPIO 相关的寄存器的物理地址在虚拟地址里面是什么。

这个需求是合理的，所以内核源码里提供了这个功能，在 arch/arm/include/asm/io.h 中

• #define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)

  • cookie 需要映射到虚拟空间的起始物理地址

  • size 要映射的内存空间大小

  • 返回映射后虚拟空间的首地址

• void iounmap (volatile void __iomem *addr)

  • 驱动卸载时，要释放内存

  • size 要映射的内存空间大小

  • 返回映射后虚拟空间的首地址

I/O 内存访问 api

独立编址与存储器映射IO

• x86 体系下，内存地址空间和IO地址空间独立，读写内存的指令是 MOV ，读写寄存器的指令是 IN 和 OUT

• ARM 体系下，全部都在内存地址空间上，即存储器映射IO，

读写映射后的内容的叫法

• 外面的寄存器或者存储器映射到 IO 地址空间，这时候叫I/O端口

• 外面的寄存器或者存储器映射到内存地址空间，这时候叫I/O内存

虽然使用 ioremap 映射后，用户空间已经可以直接使用指针来访问了，但是为了安全考虑，linux kernel 提供了一组 api 来操作映射后的内存

• 读操作

  • u8 readb(const volatile void __iomem *addr)

  • u16 readw(const volatile void __iomem *addr)

  • u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

• 写操作

  • void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)

  • void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)

  • void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

led 原理图与相关寄存器

参考硬件原理图与芯片寄存器手册。

LED 接在 GPIO1_IO03，需要关注的点

• 配置引脚复用为 GPIO，要关注的寄存器

  • SW_MUX_CTL_PAD_ 配置引脚复用功能

  • SW_PAD_CTL_PAD_ 配置引脚电气属性

• GPIO 时钟的使能

  • CCM 有 7 个寄存器用来开关时钟

  • GPIO1 时钟配置在 CCM_CCGR1 寄存器中 bit27-26

• 查看 Chapter 28 关于 GPIO 寄存器的介绍，需要关注的寄存器有

  • GPIO direction register (GPIO_GDIR) 配置方向

  • Data register (GPIO_DR) 数据

不使用引脚中断的话关注这些就够用了。

手册中，相关寄存器对应的地址

• CCM_CCGR1

  • 0x020C406C

• SW_MUX_CTL_GPIO1_IO03

  • 0x020E0068

• SW_PAD_CTL_GPIO1_IO03

  • 0x020E02F4

• GPIO1_DR

  • 0x0209C000

• GPIO1_GDIR

  • 0x0209C004

led 基本驱动

• 字符设备注册

• 设备号分配

class 下的 led 驱动

• 私有数据

misc 下的 led 驱动

设备树下的 led 驱动

使用设备树向 linux 内核传递寄存器物理地址，驱动通过 of 函数从设备树中获得需要的属性值，然后通过这些属性来初始化相关的寄存器。

• .dts 设备树中新增 led 节点及相关属性

• 驱动程序中使用 of 获得相关属性值

• 初始化对应寄存器

mini_led {
  #address-cells = <1>;
  #size-cells = <1>;
  compatible = "mini-led";
  status = "okay";
  reg = < 0x020C406C	0x04	/* CCM_CCGR1_BASE			*/
      0x020E0068	0x04	/* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE	*/
      0x020E02F4	0x04	/* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE	*/
      0x0209C000	0x04	/* GPIO1_DR_BASE			*/   
      0x0209C004	0x04	/* GPIO1_GDIR_BASE			*/
      >;
};

设备树根节点中，添加内容。

---

• linux 模块，虚拟设备

• 字符设备驱动框架

• 常用 api

驱动思路，分层设计

一个关键的结构体，linux/fs.h

驱动的加载有两种方式，一种是直接编译到内核里去，最后就在 zImage 里。

也可以编译成模块，即 *.ko 调试的时候，我们可以编译成模块，测试的时候加载模块就好了。

设备号

设备号 dev_t 是一个 u32 类型整数。高12位主设备号，低20位次设备号。

主设备号为一类设备。如 IIC 设备类型下面，挂许多具体的器件。

设备号操作的相关宏定义。

#define MINORBITS	20
#define MINORMASK	((1U << MINORBITS) - 1)

#define MAJOR(dev)	((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINOR(dev)	((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
#define MKDEV(ma,mi)	(((ma) << MINORBITS) | (mi))

此函数，只制定了主次设备号。比较老的函数了。需要手动去看那些号没使用。 static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)

使用 cat /proc/devices 查看主设备号。

字符设备驱动注册的另一种方法

前面注册用的 api 我们手动分配了主设备号，在分配前还要手动查一下哪个号没有被用掉。因此，需要一些更好用的 api。

• 自动分配一个设备号，可以用下面这个函数

  • int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

• 指定设备号，也可以使用和前面不一样的这个 api

  • int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

• 设备注销，使用下面这个函数释放

  • void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)