在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

由于關于pcduino的資料比較少，是以這篇文章是參考了pcduino愛好者論壇的一篇教程《手把手教你用A10點燈》，并且系統的結合了linux驅動的開發步驟。讀完這篇文章，你不但可以對pcduino開發闆的硬體結構有所了解，更重要的是可以對linux的驅動開發步驟有一個系統的認識。我也是一個linux驅動的新手，是以，寫的不對的地方，請大家指正。

1.Linux驅動架構

這一部分将會手把手教你建立一個Linux的驅動程式架構，在下一部分，我們隻需要将控制pcduino硬體部分的代碼填入這個架構就可以了。像所有的應用程式都有一個main函數作為函數的入口一樣，linux驅動程式的入口是驅動的初始化函數。這個初始化函數是 module_init 來指定的，同樣，與初始化函數對應的驅動程式的退出函數是由 module_exit函數來指定的。下面就讓我們動手寫第一個版本的驅動程式吧。

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
static int __init led_init(void)
{
 printk("led init\n");
 return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
 printk("led exit\n");
}

module_init( led_init );
module_exit( led_exit );

将上面代碼儲存為 led.c，接下來就要編寫Makefile檔案對剛剛編寫的驅動程式進行編譯了。建立Makefile檔案，在裡面輸入：

obj-m := led.o
all: 
     make -C /usr/src/linux-headers-3.8.0-35-generic/ M=/home/asus/drive/
clean: 
     rm *.o 
     rm *.ko 
     rm *.order 
     rm *.symvers 
     rm *.mod.c

注意，Makefile 中的第三行，-C 後面的參數為你目前使用的核心的頭檔案所在的目錄，你隻需要修改為 "/usr/src/linux-headers-你的核心版本/" 即可，如果你不知道，目前使用的核心版本，可以輸入：

uname -r

來進行檢視。M 後面表示你的驅動所在的目錄。改好之後儲存，注意，這個檔案的名字一定得是 "Makefile" 才行，make 和 rm指令前面一定是一個TAB符才行。輸入指令：

make

進行編譯，完成之後，使用ls檢視，可以看到得到的檔案如下：

built-in.o  led.c  led.ko  led.mod.c  led.mod.o  led.o  Makefile  modules.order  Module.symvers

這裡面的 led.ko 是我們得到的驅動檔案，使用：

sudo insmod led.ko

安裝驅動。使用

dmesg

指令，會看到最後一行輸出的是 “led init” ，這句話就是在 led_init 函數中輸出的。使用指令：

sudo rmmod led.ko

來解除安裝 led 驅動。再使用： dmesg 指令，會發現，最後一行為 “led exit”。

上面寫的這個驅動程式是沒有什麼作用的，在linux中，應用程式是通過裝置檔案來和驅動程式進行互動的。是以我們需要在驅動程式中建立裝置檔案，這個裝置檔案建立之後，就會存在于 /dev/ 目錄下，應用程式就是通過對這個檔案的讀寫，來向驅動程式發送指令，并通過驅動程式控制硬體的動作。每一個驅動程式對應着一個裝置檔案。要建立一個裝置檔案，首先必須擁有裝置号才行，這個裝置号就需要我們向linux系統提出申請，由linux系統為我們配置設定。裝置号有主裝置号和從裝置号之分，主裝置号使用來表示驅動的類型，從裝置号表示使用同一個驅動的裝置的編号，這裡要申請的就是主裝置号。使用 alloc_chrdev_region 函數來申請一個裝置号。裝置号的類型為 dev_t ，它是一個 32 位的數，其中 12 位用來表示主裝置号，另外 20 位用來表示從裝置号。可以使用 MAJOR 宏和 MINOR 宏來直接擷取主裝置号和從裝置号。我們第二個版本的程式如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>

//驅動名
#define DEV_NAME "led"
//從裝置的個數
#define DEV_COUNT 1

//聲明裝置号
static dev_t dev_number;

//初始化
static int __init led_init(void)
{
        //錯誤标記
        int err;
        printk("led init\n");

        //申請裝置号
        err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
        if(err)
        {
                printk("alloc device number fail\n");
                return err;
        }
        //如果申請成功，列印主裝置号
        printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));

        return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
        printk("led exit\n");
        //登出申請的裝置号
        unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}

這個程式申請了一個裝置号，并且列印出來，同樣使用 dmesg 指令來檢視，程式的注釋已經很詳細了，就不再多解釋了。儲存之後，編譯，安裝新的驅動程式。在安裝新的驅動程式之前，需要使用指令 sudo rmmod led.ko 将之前安裝的驅動程式解除安裝，使用 dmesg 指令檢視輸出的結果：

[  384.225850] led init
[  384.225854] major number : 250

還可以使用指令 cat /proc/devices | grep ‘led’ 檢視獲得的裝置号。

裝置号申請完畢後，就可以在 /dev/ 目錄下建立裝置檔案了。需要了解的是裝置在記憶體中，使用結構體 cdev 來表示，并且将我們申請的裝置号，以及對檔案操作的回調函數，統統的關聯起來。最後使用這個結構體，用函數 class_create 和 device_create 來建立一個裝置檔案。說了一下基本思路，還是先看程式吧：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>

//驅動名
#define DEV_NAME "led"
//從裝置的個數
#define DEV_COUNT 1

//三個回調函數，當在應用程式執行相應的操作時
//驅動程式會調用相應的函數來進行處理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);

//聲明裝置号
static dev_t dev_number;
//裝置在記憶體中表示的結構體
static struct cdev* cdevp;
//注冊檔案操作的回調函數的結構體
static struct file_operations fops = 
{
	.owner = THIS_MODULE,
	//注冊相應的回調函數
	.open = led_open,
	.release = led_release,
	.write = led_write,
};
//用來建立裝置檔案的class
static struct class* classp;

//初始化
static int __init led_init(void)
{
	//錯誤标記
	int err;
	printk("led init\n");

     	//申請裝置号
	err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);     	
	if(err)
	{
		printk("alloc device number fail\n");
		return err;
	}
	//如果申請成功，列印主裝置号
	printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));

	//給cdev結構體在記憶體中配置設定空間
	cdevp = cdev_alloc();
	//如果配置設定失敗
	if( cdevp==NULL )
	{
		printk("cdev alloc failure\n");
		//登出前面申請的裝置号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return -1;
	}

	//将cdev結構體與
	//注冊檔案操作的回調函數的結構體file_operations關聯起來
	cdev_init(cdevp,&fops);
	
	//将cdev結構體和申請的裝置号關聯起來
	err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
	if(err)
	{
		printk("cdev add failure\n");
		//釋放申請的cdev空間
		cdev_del(cdevp);
		//登出申請的裝置編号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return err;
	}

	//給class配置設定空間
	classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
	if( classp==NULL )
	{
		printk("class create failure\n");
		//釋放申請的cdev空間
		cdev_del(cdevp);
		//登出申請的裝置編号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return -1;
	}

	//建立裝置檔案
	device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
	printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);

     	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
     	printk("led exit\n");
	//釋放配置設定的class空間
	if( classp )
	{
		device_destroy(classp,dev_number);
		class_destroy(classp);
	}
	//釋放配置設定的cdev空間
	if( cdevp )
	{
		cdev_del(cdevp);
	}
	//登出申請的裝置号
	unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}

module_init( led_init );
module_exit( led_exit );

//當在應用程式中執行  open  函數時，
//會調用下面的這個函數
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
	printk("led open\n");
	return 0;
}

//當在應用程式中執行  close  函數時，
//會調用下面的函數
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
	printk("led release\n");
	return 0;
}

//當在應用程式中調用   write   函數時，
//會調用下面的這個函數
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
	printk("led write");
	return 0;
}

//指定采用的協定
MODULE_LICENSE("GPL");

最後一行是指定采用的協定，一定得寫上，否則會造成雖然編譯通過，但是在安裝時，會出現

insmod: error inserting 'led.ko': -1 Unknown symbol in module

這個錯誤。編譯，安裝好，之後，我們就可以在 /dev/ 目錄下找到 led 檔案，使用指令：

ls -l /dev/led

結果如下：

crw------- 1 root root 250, 0 Dec 26 10:52 /dev/led

至此我們的linux裝置驅動架構，已經完全建立起來了。接下來要做的工作，就是對 pcduino 開發闆進行程式設計了。

2.對 pcduino 進行程式設計，控制 LED 閃爍

所使用的開發闆是pcduino開發闆，如下圖：

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

這是一款開源硬體，采用的是cortex-A8的核心，闆上可以安裝ubuntu，android系統，我們使用的闆子已經安裝了 ubuntu 系統，通過 HDMI轉VGA 線連接配接螢幕，并且通過usb接口，連接配接鍵盤和滑鼠，直接在其自帶的ubuntu系統上，編寫驅動并運作。我們仔細的檢視闆子，會發現闆上一共帶有 3 個led燈，分别是 RX_LED，TX_LED，ON_LED，分别用來訓示接收，發送和電源的狀态。這裡我們隻控制 TX_LED 燈進行閃爍。檢視 pcduino 的硬體原理圖，查找 TX_LED 的連接配接位置，如下圖：

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

會看到第三行 TX_LED 連接配接到 CPU 的PH15引腳，并且 L 即低電平時為激活狀态，H 高電平時，為熄滅狀态。得到這個資訊說明，我們隻需要控制 CPU 的引腳 PH15 的狀态，就可以控制 TX_LED 的狀态了。

是以接下來就需要我們去檢視 A10 的晶片手冊，來看一看到底怎麼控制 PH15 這個引腳。

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

可以看到 A10 晶片的引腳有很多，而我們隻關注 PH，因為我們要控制的就是 PH15 這個引腳。這裡需要的一個概念就是，對一個引腳的控制至少需要有兩個寄存器，一個是控制寄存器，一個是資料寄存器。控制寄存器用來控制引腳的工作模式，比如輸出或者輸入；資料寄存器用來向引腳輸出資料或者從引腳讀入資料。是以我們要先檢視一下 PH15 的配置寄存器，如下圖：

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

我們發現 PH15 控制寄存器一共有3位28-30，共有 8 種工作模式，由于要控制 led 的狀态，我們将它設定為輸出模式，是以 PH15 控制寄存器的内容應該為 001。那麼這個寄存器在哪個位置呢，在表上有 Offset：0x100 我們知道，PH寄存器的偏移位址是 0x100，但是基位址是多少呢。再往前面查閱就會發現

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

是以基位址就是 0x01C20800。基位址和偏移位址都有了，我們就可以定位 PH_CFG1 寄存器的位址就是（0x01C20800+0x100）,我們隻需要将這個寄存器的第28-30位置為：

30  29  28
0    0   1

就可以了。

當控制寄存器配置完成之後，我們就需要向資料寄存器寫入資料來控制 led 的閃爍。我們同樣檢視晶片手冊：

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

可以看到，PH的資料寄存器用每一位來表示一個引腳的狀态。我們要控制 PH15 引腳，就需要對這個寄存器的第15位進行操作。是以，接下來就是，開始動手向驅動架構中添加對硬體操作的時候：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>

//驅動名
#define DEV_NAME "led"
//從裝置的個數
#define DEV_COUNT 1

//定義與硬體相關的宏
//基位址
#define BASE_ADDRESS 0x01C20800
//PH_CFG1寄存器的位址
#define PH_CFG1     (BASE_ADDRESS+0x100)
//PH_DAT寄存器的位址
#define PH_DAT	    (BASE_ADDRESS+0x10C)

//三個回調函數，當在應用程式執行相應的操作時
//驅動程式會調用相應的函數來進行處理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);

//聲明裝置号
static dev_t dev_number;
//裝置在記憶體中表示的結構體
static struct cdev* cdevp;
//注冊檔案操作的回調函數的結構體
static struct file_operations fops = 
{
	.owner = THIS_MODULE,
	//注冊相應的回調函數
	.open = led_open,
	.release = led_release,
	.write = led_write,
};
//用來建立裝置檔案的class
static struct class* classp;

//聲明用來表示PH_CFG1記憶體位址的變量
volatile static unsigned long* __ph_cfg1;
//用來表示PH_DAT記憶體位址的變量
volatile static unsigned long* __ph_dat;

//初始化
static int __init led_init(void)
{
	//錯誤标記
	int err;
	printk("led init\n");

     	//申請裝置号
	err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);     	
	if(err)
	{
		printk("alloc device number fail\n");
		return err;
	}
	//如果申請成功，列印主裝置号
	printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));

	//給cdev結構體在記憶體中配置設定空間
	cdevp = cdev_alloc();
	//如果配置設定失敗
	if( cdevp==NULL )
	{
		printk("cdev alloc failure\n");
		//登出前面申請的裝置号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return -1;
	}

	//将cdev結構體與
	//注冊檔案操作的回調函數的結構體file_operations關聯起來
	cdev_init(cdevp,&fops);
	
	//将cdev結構體和申請的裝置号關聯起來
	err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
	if(err)
	{
		printk("cdev add failure\n");
		//釋放申請的cdev空間
		cdev_del(cdevp);
		//登出申請的裝置編号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return err;
	}

	//給class配置設定空間
	classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
	if( classp==NULL )
	{
		printk("class create failure\n");
		//釋放申請的cdev空間
		cdev_del(cdevp);
		//登出申請的裝置編号
		unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
		return -1;
	}

	//建立裝置檔案
	device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
	printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);

     	return 0;
}

static void __exit led_exit(void)
{
     	printk("led exit\n");
	//釋放配置設定的class空間
	if( classp )
	{
		device_destroy(classp,dev_number);
		class_destroy(classp);
	}
	//釋放配置設定的cdev空間
	if( cdevp )
	{
		cdev_del(cdevp);
	}
	//登出申請的裝置号
	unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}

module_init( led_init );
module_exit( led_exit );

//當在應用程式中執行  open  函數時，
//會調用下面的這個函數
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
	//臨時變量
	unsigned long tmp; 
	printk("led open\n");
	
	//将PH15管腳設定為輸出狀态
	//将PH_CFG1這個硬體寄存器的位址，映射到linux記憶體，并擷取映射後的位址
	//通過對這個位址的操作，就可以控制PH_CFG1
	__ph_cfg1 = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_CFG1,4);
	//将設定PH15寄存器
	tmp = *__ph_cfg1;
	tmp &= ~(0xf<<28);
	tmp |= (1<<28);
	*__ph_cfg1 = tmp;

	//将燈初始化為熄滅的狀态
	__ph_dat = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_DAT,4);
	tmp = *__ph_dat;
	tmp |= (1<<15);
	*__ph_dat = tmp;	

	return 0;
}

//當在應用程式中執行  close  函數時，
//會調用下面的函數
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
	printk("led release\n");
	//登出配置設定的記憶體位址
	iounmap(__ph_dat);
	iounmap(__ph_cfg1);

	return 0;
}

//當在應用程式中調用   write   函數時，
//會調用下面的這個函數
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
	int val;
	volatile unsigned long tmp;
	printk("led write\n");

	//從使用者空間讀取資料
	copy_from_user(&val,buf,count);	
	printk("write %d\n",val);
	
	//從應用程式讀取指令
	//來控制led燈
	tmp = *__ph_dat;
	if( val==1 )
	{
		//燈亮
		tmp &= ~(1<<15); 
	}
	else
	{
		//燈滅
		tmp |= (1<<15);
	}
	*__ph_dat = tmp;
	return 0;
}

MODULE_LICENSE("GPL");

上面的是完整的控制pcduino上led閃爍的驅動程式，寫完這個驅動程式之後，再寫一個下面的測試程式就可以使 led 閃爍了，測試的代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main(void)
{
	int fd;
	int val = 1;
	
	//打開驅動對應的裝置檔案
	fd = open("/dev/led",O_RDWR);
	if( fd<0 )
	{
		printf("open /dev/led error\n");
		return -1;
	}

	while(1)
	{
		//寫入高電平
		write(fd,&val,sizeof(int));
		//睡眠一秒
		sleep(1);
		//将電平反轉
		val = 0;
		//寫入低電平
		write(fd,&val,sizeof(int));
		//睡眠一秒
		sleep(1);
		val = 1;
	}

	close(fd);
	return 0;
}

使用 gcc testled.c 将該應用程式編譯，假設生成a.out，安裝新版的驅動程式後，使用

sudo ./a.out

就可以看到 pcduino 上的 led 就開始閃爍了。

在pcduino開發闆上寫驅動控制闆載LED的閃爍

1.Linux驅動架構

2.對 pcduino 進行程式設計，控制 LED 閃爍

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