【北京迅为】《i.MX8MM嵌入式Linux开发指南》-第三篇 嵌入式Linux驱动开发篇-第五十五章 Pinctrl和GPIO子系统实验

i.MX8MM处理器采用了先进的14LPCFinFET工艺，提供更快的速度和更高的电源效率;四核Cortex-A53，单核Cortex-M4，多达五个内核 ，主频高达1.8GHz，2G DDR4内存、8G EMMC存储。千兆工业级以太网、MIPI-DSI、USB HOST、WIFI/BT、4G模块、CAN、RS485等接口一应俱全。H264、VP8视频硬编码，H.264、H.265、VP8、VP9视频硬解码，并提供相关历程,支持8路PDM接口、5路SAI接口、2路Speaker。系统支持Android9.0(支持获取root限)Linux4.14.78+Qt5.10.1、Yocto、Ubuntu20、Debian9系统。适用于智能充电桩，物联网，工业控制，医疗，智能交通等，可用于任何通用工业和物联网应用、

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第五十五章 Pinctrl和GPIO子系统实验

本章导读

本章节将以实践课的方式讲解LED驱动例程。

55.1章节对实验需求进行分析

55.2章节修改设备树文件

55.3章节编写驱动文件

55.4章节编写测试APP

55.5章节运行测试，实现了控制LED的亮灭。

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

"pinctl和gpio子系统 (二) " → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=30

"pinctl和gpio子系统 (三) " → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=31

程序源码在网盘资料"iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\2.驱动程序例程\012-Pinctrl和GPIO子系统实验"路径下。

55.1 需求分析

通过第54章的学习，我们已经明白什么是pinctrl子系统和GPIO子系统，pinctrl子系统就是设置引脚的复用关系和电气属性的，GPIO子系统就是当pinctrl子系统将复用关系设置为GPIO以后，我们使用GPIO子系统来操作我们的GPIO。那么本章节我们来用pinctrl子系统和GPIO子系统来控制我们的引脚。第55章我们学习了在设备树下的平台总线模型，当匹配成功以后会在设备树文件中拿资源，然后我们再进行相关的操作。

本章节我们要编写pinctrl子系统和GPIO子系统，我们可以在以前代码的基础上进行编写，框架并没有变，我们也是让驱动和设备进行匹配，匹配成功之后将相关的操作，唯一变的地方是之前使用的寄存器操作我们的GPIO，现在我们换成了GPIO子系统提供的API函数来操作我们的GPIO，比原来的方法更先进了一些。

我们以iTOP-IMX8MM开发板为例来控制LED，本章节内容会将以前学习的驱动理论融会贯通，学以致用。LED 设备注册的流程：

• 硬件原理图分析，确定控制LED的GPIO信息，参考42.2硬件分析章节，蜂鸣器复用GPIO11_IO13
• 根据GPIO信息在设备树文件中添加pinctrl信息
• 在设备树文件中创建蜂鸣器的节点，并加入GPIO信息，修改完设备树编译烧写新的设备树
• 编写LED设备驱动，加载驱动模块
• 编写应用程序测试LED。

55.2 修改设备树文件

我们修改设备树文件/home/topeet/linux/linux-imx/arch/arm64/boot/dts/freescale/itop8mm-evk.dtsi，修改test节点如下图所示：

	test:test{
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		compatible = "test";
		//reg = <4 0x30200000 4 0x30200004>;
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&led_gpio>;
		gpios = <&gpio1 13 0>;

	};
&test{
	compatible = "test1234";
	status = "okay";
};

在&pinctrl里面追加pinctrl_beep内容，如下图所示：

修改完后保存文件，参考开发板的使用手册编译源码，然后重新烧写编译好的镜像。

55.3 LED 驱动程序编写

这里我们以iTOP-IMX8MM开发板为例。我们在Ubuntu的/home/topeet/imx8mm/12下新建driver文件，如下图所示。

/*
 * @Author: topeet
 * @Description: LED驱动
 */

#include <linux/init.h>            //初始化头文件
#include <linux/module.h>          //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。
#include <linux/platform_device.h> //platform平台设备相关的头文件
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/miscdevice.h> //包含了miscdevice结构的定义及相关的操作函数。
#include <linux/fs.h>         //文件系统头文件，定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode等）
#include <linux/uaccess.h>    //包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义。
#include <linux/io.h>         //包含了ioremap、iowrite等内核访问IO内存等函数的定义。
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
int size;
int led_gpio = 0;
int ret = 0;
u32 out_values[2] = {0};
const char *str;
struct device_node *test_device_node;
struct property *test_node_property;

ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    printk("misc_read\n ");
    return 0;
}
ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    /*应用程序传入数据到内核空间，然后控制led的逻辑，在此添加*/

    // kbuf保存的是从应用层读取到的数据
    char kbuf[64] = {0};
    // copy_from_user 从应用层传递数据给内核层
    if (copy_from_user(kbuf, ubuf, size) != 0)
    {
        // copy_from_user 传递失败打印
        printk("copy_from_user error \n "); 
        return -1;
    }
    //打印传递进内核的数据
    printk("kbuf is %d\n ", kbuf[0]); 
    //如果传递进的数据是1，则led亮
    if (kbuf[0] == 1)
    {
        gpio_set_value(led_gpio, 1);
    }
    //如果传递进的数据是0，则led不亮
    else if (kbuf[0] == 0)
        gpio_set_value(led_gpio, 0);
    return 0;
}

int misc_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("hello misc_relaease bye bye \n ");
    return 0;
}
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("hello misc_open\n ");
    return 0;
}
//文件操作集
struct file_operations misc_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = misc_open,
    .release = misc_release,
    .read = misc_read,
    .write = misc_write,
};
//杂项设备结构体
struct miscdevice misc_dev = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name = "hello_misc",
    .fops = &misc_fops,
};
/**
 * @description: platform 驱动的 probe 函数，当驱动与设备匹配以后此函数就会执行
 * @param {*}pdev : platform 设备
 * @return {*}0，成功;其他负值,失败
 */
int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    printk("led_probe\n");
    //获得设备节点
    test_device_node = of_find_node_by_path("/test");
    if (test_device_node == NULL)
    {
        printk("of_find_node_by_path is error \n");
        return -1;
    }
    /*******我们要使用我们的GPIO就要从设备树来获取**********/

    /*  of_get_named_gpio函数获取 GPIO 编号，
    因为 Linux 内核中关于 GPIO 的 API 函数都要使用 GPIO 编号，
    此函数会将设备树中类似<&gpio1 13 1>的属性信息转换为对应的 GPIO 编号 */
    led_gpio = of_get_named_gpio(test_device_node, "gpios", 0);
    if (led_gpio < 0)
    {
        printk("of_get_named_gpio is error \n");
        return -1;
    }
    printk("led_gpio is %d \n", led_gpio);
    //申请一个 GPIO 管脚
    ret = gpio_request(led_gpio, "led");
    if (ret < 0)
    {
        printk("gpio_request is error \n");
        return -1;
    }
    //设置某个GPIO为输出，并且设置默认输出值
    gpio_direction_output(led_gpio, 1);
    //注册杂项设备
    ret = misc_register(&misc_dev);
    if (ret < 0)
    {
        printk("misc registe is error \n");
    }
    printk("misc registe is succeed \n");
    return 0;
}

int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    gpio_free(led_gpio);
    printk("led_remove\n");
    return 0;
}
const struct platform_device_id led_idtable = {
    .name = "led_test",
};
const struct of_device_id of_match_table_test[] = {
    {.compatible = "test1234"},
    {},
};
struct platform_driver led_driver = {
    //第三步 在led_driver结构体中完成了led_probe和led_remove
    .probe = led_probe,
    .remove = led_remove,
    .driver = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .name = "led_test",
        .of_match_table = of_match_table_test 
    },
    //第四步 .id_table的优先级要比driver.name的优先级要高，优先与.id_table进行匹配
    .id_table = &led_idtable
};

static int led_driver_init(void)
{
    //第一步 我们看驱动文件要从init函数开始看
    int ret = 0;
    //第二步 在init函数里面注册了平台设备驱动platform_driver
    ret = platform_driver_register(&led_driver);
    if (ret < 0)
    {
        printk("platform_driver_register error \n");
    }
    printk("platform_driver_register ok \n");

    return 0;
}
static void led_driver_exit(void)
{
    printk("gooodbye! \n");
    misc_deregister(&misc_dev);
    platform_driver_unregister(&led_driver);
}
module_init(led_driver_init);
module_exit(led_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

编译驱动代码为驱动模块，如下图所示：

55.4 编写测试APP

编写测试APP程序，完整代码如下所示：

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

int fd;

char buf[64] = {0};//定义buf缓存

//打开设备节点

fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);

if(fd < 0)

{

//打开设备节点失败

perror("open error \n");

return fd;

}

// atoi()将字符串转为整型，这里将第一个参数转化为整型后，存放在buf[0]中

buf[0] = atoi(argv[1]);

//把缓冲区数据写入文件中

write(fd,buf,sizeof(buf));

printf("buf is %d\n",buf[0]);

close(fd);

return 0;

}

我们将app.c文件拷贝到Ubuntu的/home/topeet/imx8mm/12目录下，输入以下命令编译app.c

55.5 运行测试

我们将55.2章节新编译的镜像烧写进开发板以后，启动开发板。

我们来查看一下添加的设备树节点，请参考本手册51.1查看设备树节点方法章节，如下图所示:

我们进入共享目录，加载驱动模块，如下图所示：

insmod driver.ko

我们再运行应用程序，输入命令"./app 1"LED亮；输入命令"./app 0"LED灭，如下图所示：

./app 0

./app 1

至此，我们已经学会了在设备树中使用pinctrl子系统和GPIO子系统。