从led驱动开始学习linux驱动-凯发娱发com

本篇文章继续分享驱动基础：

与硬件无关的led驱动

回顾hello驱动程序，我们的根据实际需求对其进行写字符串与读字符串操作。这里我们当然也要根据实际来思考我们的led驱动程序。

在stm32点灯的时候，一般输出低电平点灯，输出高电平灭灯。在嵌入linux操作系统的情况下，我们自然也要想到有个写1/0的思想。

类比我们上一篇的hello程序：

我们的led程序自然要写入的数据为0/1来点亮、熄灭led。

这里我们做的实验室与硬件无关的led实验：我们的驱动程序在收到应用程序发送过来的0时打印led on、收到1时打印led off。

模仿上一篇的hello程序，我们修改得到的与硬件无关的led程序（核心部分）如下：

led应用程序：

led驱动程序：

加载led驱动模块及运行应用程序：

与硬件有关的led驱动

上面那一节分享的是与硬件无关的led驱动实验，主要是为了理清led驱动的大体思路。这里我们再加入与硬件有关的相关操作以构造与硬件有关的led驱动程序。

我们在进行stm32的裸机编程的时候，对一些外设进行配置其实就是操作一些地址的过程，这些外设地址在芯片手册中可以看到：

这是地址映射图，这里图中只是列出的外设的边界地址，每个外设又有很多寄存器，这些寄存器的地址都是对外设基地址进行偏移得到的。

同样的，对于nxp的imx6ull芯片来说，也是有类似这样的地址的：

此时我们要编写linux系统下的led驱动，涉及到硬件操作的地方操作的并不是这些地址（物理地址），而是操作系统给我们提供的地址（虚拟地址）。

操作系统根据物理地址来给我们生成一个虚拟地址，我们的led驱动操控这个地址就是间接的操控物理地址。

至于这两个地址是怎么联系起来的，里面个原理我们暂且不展开。我们从函数层面来看，内核给我们提供了ioremap 函数，这个函数可以把物理地址映射为虚拟地址。

这个函数在内核文件arch/arm/include/asm/io.h 中：

void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);

res_cookie：要映射给的物理起始地址 。

size：要映射的内存空间大小。

返回值：指向映射后的虚拟空间首地址。

与ioremap函数相对应的函数为：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)

addr：要取消映射的虚拟地址空间首地址。

地址映射完成之后，我们可以直接通过指针来访问虚拟地址，如：

*gpio5_dr &= ~(1 << 3);  /* gpio5_io03输出低电平 */
*gpio5_dr |= (1 << 3);   /* gpio5_io03输出高电平 */

这里简单介绍一下i.mx 6ull的gpio。对于i.mx 6ull来说，以数字来给io端口（组别）命令，gpio5为第五组，所以gpio5_io03为第五组端口的第3个引脚。

而stm32中是以大写字母来表示端口（组别），如pa3表示a端口的第3个引脚。

i.mx 6ull有 5 组 gpio（gpio1～ gpio5），每组引脚最多有 32 个：

gpio1 有 32 个引脚：gpio1_io0~gpio1_io31；
gpio2 有 22 个引脚：gpio2_io0~gpio2_io21；
gpio3 有 29 个引脚：gpio3_io0~gpio3_io28；
gpio4 有 29 个引脚：gpio4_io0~gpio4_io28；
gpio5 有 12 个引脚：gpio5_io0~gpio5_io11；

地址映射完成之后，我们不仅可以通过指针来访问虚拟地址，而且还可以使用内核给我们提供的一些读写函数：

/* 写操作函数 */
void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr);
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr);
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr);
/* 读操作函数 */
u8 readb(const volatile void __iomem *addr);
u16 readw(const volatile void __iomem *addr);
u32 readl(const volatile void __iomem *addr);

writeb、 writew 和 writel 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 写操作，参数 value 是要写入的数值， addr 是要写入的地址。

readb、 readw 和 readl 这三个函数分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 读操作，参数 addr 就是要读取写内存地址，返回值就是读取到的数据。

此时我们可以把上一节的led_init函数led_drv_write函数进行修改：

与stm32一样，对于i.mx 6ull的gpio外设来说，也有很多寄存器：

上面我们只是点一个灯，如果是要点多个灯呢？那就得操控多个gpio。如果进行地址映射的写法还像上面那样，代码就会显得很臃肿。

回想一下我们stm32，gpio外设通过结构体来管理它的寄存器：

这里的__io是个宏，代表的是c语言的关键字volatile ，为了防止编译器对我们的一些硬件操作进行优化，从而得不到想要的结果。比如：

/* 假设reg为寄存器的地址 */
uint32 *reg;
*reg = 0；/* 点灯 */
*reg = 1；/* 灭灯 */

此时若是reg不加volatile进行修饰，则点灯操作将被优化掉，只执行灭灯操作。

在这里，我们也可以模仿stm32那样子，用一个结构体来对i.mx 6ull的gpio的寄存器进行管理，如：

struct gpio_regdef
{
  volatile unsigned int dr;
  volatile unsigned int gdir;
  volatile unsigned int psr;
  volatile unsigned int icr1;
  volatile unsigned int icr2;
  volatile unsigned int imr;
  volatile unsigned int isr;
  volatile unsigned int edge_sel;
};

结构体里的成员排序是要按照特定顺序来的：

因为这些寄存器都是相对于gpio外设的基地址作偏移得到的，比如：

不能打乱顺序，否则就不能正确访问到对应的寄存器了。用结构体进行管理之后，我们就可以用类似下面的方式进行映射：

struct gpio_regdef *gpio5 = ioremap(0x20ac000, sizeof(struct gpio_regdef));

然后就可以向stm32那样来操控gpio寄存器，如：

gpio5->dr &= ~(1 << 3);  /* gpio5_io03输出低电平 */
gpio5->dr |= (1 << 3);   /* gpio5_io03输出高电平 */

led驱动（升级版）

上一节我们分享的led驱动是一个常规的led驱动，只能适用于我们当前的开发版，所以是一个专用的led驱动程序。

若是换了另一块板，led所连接的gpio引脚可能不一样了，我们就修改我们的驱动程序led_drv.c里与寄存器相关的操作。

有没有更好的办法不用再修改我们的led_drv.c驱动程序了？

若是led_drv.c不用再修改了，那么这个led_drv.c驱动就是一个通用的驱动程序了。具体可查看韦东山老师的《嵌入式linux应用开发完全手册第2版》第五篇第3~7节进行学习。

下面来简单地梳理一下：

由于篇幅问题，具体的部分就不贴出来了。

之前的笔记中：《c语言、嵌入式重点知识：回调函数》中我们也有提到通用与专用的含义，可以了解了解加深对这两个词的认识。

这里我们学到了很重要的思想软件分层的思想及技巧，但也只是点了一下，未来的路还很长，需要持续学习，继续提高。