嵌入式系统开发之驱动篇001——LED驱动

分手后的思念是犯贱 2022-06-08 23:25 241阅读 0赞

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# 图解嵌入式系统开发之驱动篇：LED驱动 #

LED驱动可以说是驱动界的 “Hello world”，学习嵌入式开发的人无一例外都会先尝试该实验，虽然看上去非常简单，但是可以帮助你熟悉驱动开发的基本流程。本节就从点亮LED来带领大家进入嵌入式开发的大门。内容以华硕tinker board平台来讲解，好了，废话不多说，接下来就是干干干。  
实验平台详见： [有没有国产的类似树莓派这样的廉价linux主机？ - 知乎][linux_ -]

硬件层面：

![v2-5697ce83807bf6c9850292b0d80d5941_b.png][]

(图一 LED 原理图)

led的硬件连接很简单，负极通过一个限流电阻连接到地，正极接到主控的一个GPIO口上（GPIO1\_D0），只要IO拉高，LED就被点亮。所以，我们本节课要做的只有一件事情，那就是穷尽各种手段让这个IO口拉高就就好了。

IC层面：

![v2-32ccc62852b57905e01bde37be580125_b.png][]

（图二 GPIO口的内部图）

GPIO的内部结构如上图，也是非常的简单，一个方向寄存器控制IO口作为输入还是输出，一个数据寄存器，数据寄存器控制输出电平（数据寄存器写1：IO输出高电平， 相反，写0：输出低电平）。 或保存输入值（gpio作为输入使用时），所以我们软件要做的就是去配置这两个寄存器。

该开发板使用的瑞芯微公司的旗舰级主控RK3288(内部继承了4个A17的ARM内核，最高频率可达1.8G)，通过查看芯片的数据手册，我们可以找到上述GPIO1寄存器的基地址地址为0xff780000，数据寄存器偏移为0（所以，其完整地址0xff780000）,方向寄存器的偏移为4（完整地址为0xff780004)。这样我们可以在系统中通过io命令直接设置这两个寄存器的值。

![v2-d90a5ec500315aa09eb2aa2fbcf9646c_b.png][]

（方式一）在文件系统中通过io命令点亮led

io -4 0xff780004  0x1000000 (设置gpio1_d0方向为输出)
    io -4 0xff780000  0x1000000 （设置gpio1_d0输出高电平）
    
    然后led等就被点亮了。

(方式二)编写内核驱动，通过操作寄存器，点亮LED。

#include <linux/module.h>
    #include <linux/init.h>
    #include <linux/io.h>
    #include <linux/ioport.h>
    
    //GPIO1 base address according to rk3288 datasheet
    #define GPIO1_BASE 0xff780000
    
    // GPIO register map define
    struct gpio {
    	u32 data; //gpio data register
    	u32 direction;//gpio direction register
    } *gpio1;
    
    //led module init。
    int __init led_init(void)
    {
    	//remap the gpio1 physic address to virtual address
    	gpio1 = (struct gpio *)ioremap(GPIO1_BASE, 8);
    
    	//write 1 at bit24 to set gpio1_b0 direction as output
    	writel(1 << 24, &gpio1->direction);
    	//write 1 at bit24 to set gpio1_b0 as high
    	writel(1 << 24, &gpio1->data);
    
    	return 0;
    }
    //led module exit. 
    void __exit led_exit(void)
    {
    	//Cancel gpio1 remap
    	iounmap(gpio1);
    }
    
    module_init(led_init);
    module_exit(led_exit);
    
    MODULE_AUTHOR("Eric Gao");
    MODULE_LICENSE("GPL");

如上，该代码关键部分就两句。

（1）writel(1 << 24, &gpio1->direction);  
设置gpio1\_b0方向为输出  
（2）writel(1 << 24, &gpio1->data);  
设置gpio1\_b0输出高电平  
  
其他的部分都是作为一个内核驱动模块的模板式代码，这里不在赘述。  
  
(方式三) 在文件系统中，通过内核提供的接口操作GPIO  
进入文件系统，可以在/sys/class/gpio/ 目录下看到如下文件及目录。![v2-25e50fd9459c0c71f8a04dd835ed1b2c_b.png][]

以上就是内核提供的gpio接口，通过该接口点亮led的过程非常简单。要注意的一点是gpio的标记方式， 比如我们led接的是GPIO1\_d0, 那么这里该gpio的标号就是（1\*32 + 3\*8 = 56）如下。

（1）echo 56 > export （将标号为56的GPIO导出到文件系统）

执行上述命令会在/sys/class/gpio/会自动生成gpio56文件夹，文件夹内包含了我们可以读写的一些gpio的属性，包括方向，输出电平等。

![v2-2e10a39685fac63916eb21fc80d60bb1_b.png][]

（2）echo out > gpio56/direction(设置gpio方向为输出)

（3）echo 1 > gpio56/value (使该GPIO输出高电平)

然后，LED就成功被点亮了。

(方式四) 通过用户态程序结合内核GPIO接口实现LED闪烁

led.c:

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdlib.h>
    
    int main(void)
    {
      system("echo 56 > /sys/class/gpio/unexport");
      system("echo 56 > /sys/class/gpio/export");
      system("echo 'out' > /sys/class/gpio/gpio56/direction");
      while (1) {
        system("echo 0 > /sys/class/gpio/gpio56/value");
        usleep(500000);
        system("echo 1 > /sys/class/gpio/gpio56/value");
        usleep(500000);
      }
      system("echo 56 > /sys/class/gpio/unexport");
    
      return 0;
    }

上述代码通过内核gpio接口实现led等的闪烁控制。编译方式如下。

gcc -o led.o led.c

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[linux_ -]: https://www.zhihu.com/question/37202806/answer/188001383?group_id=863551586130083840#comment-299126902
[v2-5697ce83807bf6c9850292b0d80d5941_b.png]: /images/20220609/48ad50db7fba432a9273c7a5325ad7fb.png
[v2-32ccc62852b57905e01bde37be580125_b.png]: /images/20220609/222ab805c1984260a4c83bf76a8c4204.png
[v2-d90a5ec500315aa09eb2aa2fbcf9646c_b.png]: /images/20220609/22819fd6118f4383a5de7b7f3418ccc6.png
[v2-25e50fd9459c0c71f8a04dd835ed1b2c_b.png]: /images/20220609/d5d3ef6f1c2745338037faaa6e5accc1.png
[v2-2e10a39685fac63916eb21fc80d60bb1_b.png]: /images/20220609/2b1d7503e0ba41deb18a5ef96b31db31.png