【Linux】基于Imx6ull Pro开发板和platform_device+platform_driver框架的LED驱动设计以及上机测试

Molesidy2025-12-22 13:52

一、简介

驱动方面一共有三种设计方式，一是将物理设备资源和其驱动操作写在同一个驱动文件里；二是BUS总线+platform_device+platform_driver的框架，三是使用现代规范的设备树方式（其底层是从设备树提取物理设备资源，然后由内核自动创建platform_device相关设备给驱动部分使用）+platform_driver。

重点是：基于正确的框架以及流程而设计开发驱动。不要嫌麻烦，如果想要持续性进行基于Linux内核的开发，就必须要懂得在Linux下的开发规范以及其框架。

注：在基于Linux内核的开发中，学习的东西能够帮助你极大地增强你程序设计的解耦能力，即不同的硬件资源（寄存器之类的具体资源）+对应的同类型硬件资源的对应驱动（GPIO类型驱动）+对于应用层面的不同模块的模块代码设计（GPIO类型下的不同输入输出模式下的ADC、EXTI对接不同硬件模块）------三层解耦思维。

1.1 原始写法

cpp 复制代码 
//原始的驱动写法

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>

static int major;
static struct class *led_class;

/* registers */
// IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址：0x02290000 + 0x14
static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3;

// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004
static volatile unsigned int *GPIO5_GDIR;

//GPIO5_DR 地址：0x020AC000
static volatile unsigned int *GPIO5_DR;

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
			 size_t count, loff_t *ppos)
{
	char val;
	int ret;
	
	/* copy_from_user : get data from app */
	ret = copy_from_user(&val, buf, 1);

	/* to set gpio register: out 1/0 */
	if (val)
	{
		/* set gpio to let led on */
		*GPIO5_DR &= ~(1<<3);
	}
	else
	{

		/* set gpio to let led off */
		*GPIO5_DR |= (1<<3);
	}
	return 1;
}

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/* enable gpio5
	 * configure gpio5_io3 as gpio
	 * configure gpio5_io3 as output 
	 */
	*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 &= ~0xf;
	*IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 |= 0x5;

	*GPIO5_GDIR |= (1<<3);
	
	return 0;
}

static struct file_operations led_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.write		= led_write,
	.open		= led_open,
};

/* 入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
	printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_fops);

	/* ioremap */
	// IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 地址：0x02290000 + 0x14
	IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3 = ioremap(0x02290000 + 0x14, 4);
	
	// GPIO5_GDIR 地址：0x020AC004
	GPIO5_GDIR = ioremap(0x020AC004, 4);
	
	//GPIO5_DR 地址：0x020AC000
	GPIO5_DR  = ioremap(0x020AC000, 4);

	led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
	
	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
	iounmap(IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3);
	iounmap(GPIO5_GDIR);
	iounmap(GPIO5_DR);
	
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

1.2 总线设备驱动模型（platform_device+platform_driver的框架）

在platform_device注入了资源，类似于在总线上挂载了物理设备资源

1.3 设备树模型（dts+platform_driver的框架）

由父节点和子节点都具备compatible属性才能支持直接转化为platform_device

二、基于BUS总线+platform_device+platform_driver框架的驱动代码

（1）工作流程

这里简单解释BUS总线+platform_device+platform_driver框架的工作流程

2.1 驱动代码：使用platform_device管理具体的设备资源

gpio_led_pdev_drv.c

cpp 复制代码 
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>

/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0]  = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x)   (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))

/* 定义LED相关寄存器物理地址资源 */
#define IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3_PHYS 0x02290000 + 0x14
#define GPIO5_GDIR_PHYS 0x020AC004
#define GPIO5_DR_PHYS 0x020AC000

// 在不使用设备树注册物理设备资源时，需要手动使用platform_device来注册物理设备资源

/* 定义LED引脚资源（与设备树作用相同） */
// 很多人不知道platform_device的资源是如何匹配的, 这里需要手动指定资源的start和flags
/* 资源定义：包含LED所需的所有寄存器地址 */
static struct resource led_resources[] = {
    {
        .start = IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3_PHYS,
        .end   = IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER3_PHYS + 3,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
        .name  = "led_mux_reg",
    },
    {
        .start = GPIO5_GDIR_PHYS,
        .end   = GPIO5_GDIR_PHYS + 3,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
        .name  = "led_gdir_reg",
    },
    {
        .start = GPIO5_DR_PHYS,
        .end   = GPIO5_DR_PHYS + 3,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
        .name  = "led_dr_reg",
    },
};

static void led_dev_release(struct device *dev)
{
    printk("led platform device released\n");
}

/* 定义平台设备 */
static struct platform_device gpio_led_pdev = {
    .name           = "100ask_led",  /* 用于与平台驱动匹配 */
    .id             = -1,
    .num_resources  = ARRAY_SIZE(led_resources),
    .resource       = led_resources,
    .dev            = {
        .release = led_dev_release,
    },
};

static int __init gpio_led_pdev_init(void)
{
    int err;
    err = platform_device_register(&gpio_led_pdev); //注册platform_device物理设备

    return 0;
}

static void __exit gpio_led_pdev_exit(void)
{
	platform_device_unregister(&gpio_led_pdev);
}

module_init(gpio_led_pdev_init);
module_exit(gpio_led_pdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.2 驱动代码：编写LED字符设备驱动，使用字符设备驱动给用户提供操作接口

led_opr.h

cpp 复制代码 
#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H

struct led_operations {
	int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
	int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void);


#endif

gpio_led_chardev_drv.h

cpp 复制代码 
#ifndef __GPIO_LED_CHARDEV_DRV_H
#define __GPIO_LED_CHARDEV_DRV_H

#include "led_opr.h"

void led_class_create_device(int minor);
void led_class_destroy_device(int minor);
void register_led_operations(struct led_operations *opr);

#endif

gpio_led_chardev_drv.c

cpp 复制代码 
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>

#include "gpio_led_chardev_drv.h"

// 对于led字符设备驱动，需要实现open, release, read, write等函数
// 是基于 物理设备的GPIO引脚的platform_device ---> 字符设备操作接口驱动封装 ---> 使用platform_driver来注册字符设备驱动和匹配物理设备

static int major = 0;
static struct class *led_class;
struct led_operations *p_led_opr;


#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)


void led_class_create_device(int minor)
{
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "gpio_led_chardev%d", minor); /* /dev/gpio_led_chardev0,1,... */
}
void led_class_destroy_device(int minor)
{
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, minor));
}
void register_led_operations(struct led_operations *opr)
{
	p_led_opr = opr;
}

EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);
EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);
EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);

static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	struct inode *inode = file_inode(file);
	int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	p_led_opr->ctl(minor, status);
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	p_led_opr->init(minor); // p_led_opr->init 其具体实现在上一层的gpio_led_pdrv_drv.c
	
	return 0;
}

static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

static struct file_operations gpio_led_chardev_fops = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_drv_close,
};

static int __init gpio_led_chardev_init(void)
{
	int err;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	major = register_chrdev(0, "gpio_led_chardev", &gpio_led_chardev_fops);  /*  注册字符设备 /dev/gpio_led_chardev */


	led_class = class_create(THIS_MODULE, "gpio_led_chardev_class"); // 创建类 /sys/class/gpio_led_chardev_class

	err = PTR_ERR(led_class);
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "gpio_led_chardev");
		return -1;
	}
	
	return 0;
}

static void __exit gpio_led_chardev_exit(void)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(major, "gpio_led_chardev");
}

module_init(gpio_led_chardev_init);
module_exit(gpio_led_chardev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.3 驱动代码：使用platform_driver管理对应的同类型的设备驱动，同时其中接入LED字符设备驱动接口，从而达到操作字符设备控制开发板的实际硬件

gpio_led_pdrv_drv.c

cpp 复制代码 
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>

#include <linux/platform_device.h>  // 包含platform设备模型相关定义
#include <linux/io.h>              // 包含ioremap/iounmap等函数定义
#include <linux/of.h>              // 包含设备树相关结构体定义(of_device_id)

#include "led_opr.h"
#include "gpio_led_chardev_drv.h"

/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0]  = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x)   (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))

/* 保存映射后的寄存器虚拟地址 */
static volatile unsigned int *g_mux_reg;
static volatile unsigned int *g_gdir_reg;
static volatile unsigned int *g_dr_reg;

/* LED初始化：配置GPIO复用和方向 */
static int led_init(int which)
{
    printk("led_init: configure LED hardware\n");
    
    /* 配置复用为GPIO功能 */
    *g_mux_reg &= ~0xf;
    *g_mux_reg |= 0x5;
    
    /* 配置为输出模式 */
    *g_gdir_reg |= (1 << 3);  // GPIO5_3输出
    
    return 0;
}

/* LED控制：亮/灭 */
static int led_ctl(int which, char status)
{
    printk("led_ctl: set LED %s\n", status == '1' ? "on" : "off");
    
    if (status == '1') {
        /* 点亮：清除bit3 */
        *g_dr_reg &= ~(1 << 3);
    } else if (status == '0') {
        /* 熄灭：设置bit3 */
        *g_dr_reg |= (1 << 3);
    }
    return 0;
}

/* 定义LED操作接口 */
static struct led_operations led_opr = {
    .init = led_init,
    .ctl  = led_ctl,
};

// platform_driver需要匹配设备树或者platform_device的实际设备资源, 使用platform_driver_register()注册平台驱动

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
    return &led_opr;
}

/* 平台驱动probe函数：匹配设备后执行 */
static int gpio_led_pdrv_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    
    printk("led_pdrv_probe: device matched\n");
    
    /* 获取并映射复用寄存器资源 */
    res = platform_get_resource_byname(pdev, IORESOURCE_MEM, "led_mux_reg");
    g_mux_reg = ioremap(res->start, resource_size(res));
    
    /* 获取并映射方向寄存器资源 */
    res = platform_get_resource_byname(pdev, IORESOURCE_MEM, "led_gdir_reg");
    g_gdir_reg = ioremap(res->start, resource_size(res));
    
    /* 获取并映射数据寄存器资源 */
    res = platform_get_resource_byname(pdev, IORESOURCE_MEM, "led_dr_reg");
    g_dr_reg = ioremap(res->start, resource_size(res));
    
    /* 注册LED操作接口 */
    register_led_operations(&led_opr);
    
    /* 创建字符设备节点 */
    led_class_create_device(0);  // 次设备号0
    
    return 0;
}

static int gpio_led_pdrv_remove(struct platform_device *pdev)
{
    printk("led_pdrv_remove: device removed\n");
    
    /* 销毁字符设备节点 */
    led_class_destroy_device(0);
    
    /* 解除地址映射 */
    iounmap(g_mux_reg);
    iounmap(g_gdir_reg);
    iounmap(g_dr_reg);
    
    return 0;
}

/* 定义平台驱动 */
static struct platform_driver gpio_led_pdrv = {
    .probe  = gpio_led_pdrv_probe,
    .remove = gpio_led_pdrv_remove,
    .driver = {
        .name = "100ask_led",  /* 与平台设备name匹配 */
    },
};

static int __init gpio_led_pdrv_init(void)
{
    int err;
    err = platform_driver_register(&gpio_led_pdrv); 
    return 0;
}

static void __exit gpio_led_pdrv_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&gpio_led_pdrv);
}

module_init(gpio_led_pdrv_init);
module_exit(gpio_led_pdrv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.4 应用代码：使用LED字符设备驱动编写应用程序

cpp 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    char status;

    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <dev> <status>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open %s failed\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    if(0 == strcmp(argv[2], "on"))
    {
        status = '1';
        write(fd, &status, 1);
    }else if(0 == strcmp(argv[2], "off"))
    {
        status = '0';
        write(fd, &status, 1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

2.5 makefile

cpp 复制代码 
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

# export ARCH=arm
# export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
# export PATH=$PATH:/home/zky/ProjectsHub/Linux_Projects/100ask_imx6ull_pro_Env/Imx6ull_Pro_Programs_Workspaces/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

KERN_DIR = /home/zky/ProjectsHub/Linux_Projects/100ask_imx6ull_pro_Env/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o app_led app_led.c

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o



obj-m += gpio_led_pdev_drv.o gpio_led_pdrv_drv.o gpio_led_chardev_drv.o

三、上机测试

3.1 编译

cpp 复制代码 
export ARCH=arm

export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

export PATH=$PATH:/home/zky/ProjectsHub/Linux_Projects/100ask_imx6ull_pro_Env/Imx6ull_Pro_Programs_Workspaces/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

make

adb push app_led /root/Imx6ull_Pro_Examples_Workspaces_DIR/EX2_Linux_Driver_Layer_DIR/E4_led_adv_DIR

adb push gpio_led_pdev_drv.ko /root/Imx6ull_Pro_Examples_Workspaces_DIR/EX2_Linux_Driver_Layer_DIR/E4_led_adv_DIR

adb push gpio_led_chardev_drv.ko /root/Imx6ull_Pro_Examples_Workspaces_DIR/EX2_Linux_Driver_Layer_DIR/E4_led_adv_DIR

adb push gpio_led_pdrv_drv.ko /root/Imx6ull_Pro_Examples_Workspaces_DIR/EX2_Linux_Driver_Layer_DIR/E4_led_adv_DIR

adb shell

cd /root/Imx6ull_Pro_Examples_Workspaces_DIR/EX2_Linux_Driver_Layer_DIR/E4_led_adv_DIR

lsmod

insmod gpio_led_pdev_drv.ko

insmod gpio_led_pdev_drv.ko

insmod gpio_led_pdev_drv.ko

lsmod

# 注册字符设备成功
ls /dev/gpio_led_*

# 使用应用程序操作字符设备
./app_led /dev/gpio_led_chardev0 on

./app_led /dev/gpio_led_chardev0 off

3.2 上机

实际中确实操作字符设备并点亮了led

cpp 复制代码 
# 开启内核的printk信息打印功能，但是这个只能在串口那里看到，而adb口不会输出信息
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

注：切记不要死记硬背，建议实际上手去亲身体会并理解。

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