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设备树下的LED驱动实验
上一章我们详细的讲解了设备树语法以及在驱动开发中常用的OF函数，本章我们就开始第一个基于设备树的Linux驱动实验。本章在第十九章实验的基础上完成，只是将其驱动开发改为设备树形式而已。
设备树LED驱动原理
在《第十九章新字符设备驱动实验》中，我们直接在驱动文件newchrled.c中定义有关寄存器物理地址，然后使用io_remap函数进行内存映射，得到对应的虚拟地址，最后操作寄存器对应的虚拟地址完成对GPIO的初始化。本章我们在第十九章实验基础上完成，本章我们使用设备树来向Linux内核传递相关的寄存器物理地址，Linux驱动文件使用上一章讲解的OF函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的IO。本章实验还是比较简单的，本章实验重点内容如下：
- 在system-top.dts文件中创建相应的设备节点。
- 编写驱动程序（在第十九章实验基础上完成），获取设备树中的相关属性值。
- 使用获取到的有关属性值来初始化LED所使用的GPIO以及初始状态。
硬件原理图分析
本章实验硬件原理图参考18.3小节即可。
实验程序编写
本章实验在第十九章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树形式。
修改设备树文件
打开linux内核源码目录下的arch/arm64/boot/dts/xilinx/system-user.dtsi文件，在根节点“/”下创建一个名为“led”的子节点，led节点内容如下所示：
示例代码21.3.1.1 led节点
1 #include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
2 #include <dt-bindings/input/input.h>
3
4 / {
5 model = "Alientek Zynq MpSoc Development Board";
6 compatible = "xlnx,zynqmp-atk", "xlnx,zynqmp";
7
8 led {
9 compatible = "alientek,led";
10 status = "okay";
11 default-state = "on";
12
13 reg = <0x0 0xFF0A0044 0x0 0x1000
14 0x0 0xFF0A0244 0x0 0x1000
15 0x0 0xFF0A0248 0x0 0x1000
16 0x0 0xFF0A0254 0x0 0x1000
17 0x0 0xFF5E00AC 0x0 0x1000
18 >;
19 };
20
21 };
22
23 &gem3 {
24 phy-handle = <ðernet_phy>;
25 local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];
26
27 ethernet_phy: ethernet-phy@7 {
28 reg = <0x7>;
29 };
30 };
31
32 &gem0 {
33 psu_ethernet_0_mdio: mdio {
34 #address-cells = <1>;
35 #size-cells = <0>;
36 phy1:phy@4 {
37 reg = <0x4>; /* YT8521 phy address */
38 };
39 gmii_to_rgmii_0: gmii_to_rgmii_0@0 {
40 compatible = "xlnx,gmii-to-rgmii-1.0";
41 phy-handle = <&phy1>;
42 reg = <0>;
43 };
44 };
45 };
46
47 &sdhci0 {
48 mmc-hs200-1_8v;
49 bus-width = <0x8>;
50 non-removable;
51 };
第8~19行，在根节点下定义了一个led子节点。
第9行，添加compatible属性，并将属性值设置为“alientek,led”。
第10行，添加status属性，并将属性值设置为“okay”。
第11行，添加default-state属性，并将属性值设置为“on”，这样led灯默认是亮的。
第13~18行，添加reg属性，非常重要！reg属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比如第13行的“0x0 0xFF0A0044 0x0 0x1000”中“0xFF0A0044”表示ZYNQ的GPIO模块的DATA寄存器，其中寄存器地址为0xFF0A0044；第15行表示DIRM寄存器的地址为0xFF0A0244；第16行表示OUTEN寄存器的地址为0xFF0A0248；第17行表示INTDIS寄存器的地址为0xFF0A0254；第18行表示APER_CLK_CTRL寄存器的地址为0xFF5E00AC。
设备树修改完成后保存退出，在内核源码目录下执行下面这条命令重新编译一下system-top.dts顶层设备树文件：
make xilinx/system-top.dtb
图21.3.1 编译设备树
编译完成以后得到system-top.dtb二进制文件。将system-top.dtb文件重命名为system.dtb。
我们在13.6.3节内核测试的时候，使用tftp方式将Image内核镜像和system-top.dtb传输的DDR中，现在我们换一种方式，使用SD卡启动内核。打开ALIENTEK-ZYNQ工程，将images/linux目录下的BOOT.BIN和linux内核源码目录下生成的Image、system.dtb两个文件复制到SD启动卡的FAT分区，然后将SD卡插到开发板，设置开发板启动模式为sd卡启动，给开发板上电。上电启动后，按任意键进入uboot模式。在uboot模式下，按照如下命令设置环境变量：
setenv default_bootcmd 'fatload mmc 1:1 0x00200000 Image && fatload mmc 1:1 0x00100000 system.dtb && booti 0x00200000 - 0x00100000;'
boot
设置完成后重新启动开发板linux系统。Linux启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“led”这个节点，结果如图21.3.2所示：
图21.3.2 led节点
如果没有“led”节点的话请重点注意下面两点：
- 、检查设备树修改是否成功，也就是led节点是否为根节点“/”的子节点。
- 、检查是否使用的是新的设备树启动Linux内核。
可以进入到图21.3.2中的led目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如下图所示：
图21.3.3 led节点下的属性
大家可以用cat命令查看一下compatible、status、default-state等属性值是否和我们设置的一致。
LED灯驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，本章实验在第十九章实验驱动文件newchrled.c的基础上修改而来。首先在drivers目录下新建名为“4_dtsled”文件夹，进入到4_dtsled目录，新建名为dtsled.c的C源文件，在dtsled.c里面输入如下内容：
示例代码21.3.2.1 dtsled.dts文件内容
1 /***************************************************************
2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
3文件名
4作者 : 邓涛
5版本
6描述 : ZYNQ LED驱动文件。
7其他 : 无
8论坛
9日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
10 ***************************************************************/
11
12 #include <linux/types.h>
13 #include <linux/kernel.h>
14 #include <linux/delay.h>
15 #include <linux/ide.h>
16 #include <linux/init.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/errno.h>
19 #include <linux/gpio.h>
21 #include <asm/uaccess.h>
22 #include <asm/io.h>
23 #include <linux/cdev.h>
24 #include <linux/of.h>
25 #include <linux/of_address.h>
26
27 #define DTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
28 #define DTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */
29
30 /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
31 static void __iomem *data_addr;
32 static void __iomem *dirm_addr;
33 static void __iomem *outen_addr;
34 static void __iomem *intdis_addr;
35 static void __iomem *aper_clk_ctrl_addr;
36
37 /* dtsled设备结构体 */
38 struct dtsled_dev {
39 dev_t devid; /* 设备号 */
40 struct cdev cdev; /* cdev */
41 struct class *class; /* 类 */
42 struct device *device; /* 设备 */
43 int major; /* 主设备号 */
44 int minor; /* 次设备号 */
45 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
46 };
47
48 static struct dtsled_dev dtsled; /* led设备 */
49
50 /*
51打开设备
52传递给驱动的inode
53设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
54一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
55成功;其他 失败
56 */
57 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
58 {
59 filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */
60 return 0;
61 }
62
63 /*
64从设备读取数据
65要打开的设备文件(文件描述符)
66返回给用户空间的数据缓冲区
67要读取的数据长度
68相对于文件首地址的偏移
69 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
70 */
71 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
72 size_t cnt, loff_t *offt)
73 {
74 return 0;
75 }
76
77 /*
78 向设备写数据
79设备文件，表示打开的文件描述符
80要写给设备写入的数据
81要写入的数据长度
82相对于文件首地址的偏移
83写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
84 */
85 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
86 size_t cnt, loff_t *offt)
87 {
88 int ret;
89 int val;
90 char kern_buf[1];
91
92 ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
93 if(0 > ret) {
94 printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r\n");
95 return -EFAULT;
96 }
97
98 val = readl(data_addr);
99 if (0 == kern_buf[0])
100 val &= ~(0x1U << 12); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
101 else if (1 == kern_buf[0])
102 val |= (0x1U << 12); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
103
104 writel(val, data_addr);
105 return 0;
106 }
107
108 /*
109 关闭/释放设备
110 要关闭的设备文件(文件描述符)
111成功;其他 失败
112 */
113 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
114 {
115 return 0;
116 }
117
118 static inline void led_ioremap(void)
119 {
120 data_addr = of_iomap(dtsled.nd, 0);
121 dirm_addr = of_iomap(dtsled.nd, 1);
122 outen_addr = of_iomap(dtsled.nd, 2);
123 intdis_addr = of_iomap(dtsled.nd, 3);
124 aper_clk_ctrl_addr = of_iomap(dtsled.nd, 4);
125 }
126
127 static inline void led_iounmap(void)
128 {
129 iounmap(data_addr);
130 iounmap(dirm_addr);
131 iounmap(outen_addr);
132 iounmap(intdis_addr);
133 iounmap(aper_clk_ctrl_addr);
134 }
135
136 /* 设备操作函数 */
137 static struct file_operations dtsled_fops = {
138 .owner = THIS_MODULE,
139 .open = led_open,
140 .read = led_read,
141 .write = led_write,
142 .release = led_release,
143 };
144
145 static int __init led_init(void)
146 {
147 const char *str;
148 u32 val;
149 int ret;
150
151 /* 1.获取led设备节点 */
152 dtsled.nd = of_find_node_by_path("/led");
153 if(NULL == dtsled.nd) {
154 printk(KERN_ERR "led node can not found!\r\n");
155 return -EINVAL;
156 }
157
158 /* 2.读取status属性 */
159 ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
160 if(!ret) {
161 if (strcmp(str, "okay"))
162 return -EINVAL;
163 }
164
165 /* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
166 ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "compatible", &str);
167 if(0 > ret)
168 return -EINVAL;
169
170 if (strcmp(str, "alientek,led"))
171 return -EINVAL;
172
173 printk(KERN_ERR "led device matching successful!\r\n");
174
175 /* 4.寄存器地址映射 */
176 led_ioremap();
177
178 /* 5.使能GPIO时钟 */
179 val = readl(aper_clk_ctrl_addr);
180 val |= (0x1U << 24);
181 writel(val, aper_clk_ctrl_addr);
182
183 /* 6.关闭中断功能 */
184 val |= (0x1U << 12);
185 writel(val, intdis_addr);
186
187 /* 7.设置GPIO为输出功能 */
188 val = readl(dirm_addr);
189 val |= (0x1U << 12);
190 writel(val, dirm_addr);
191
192 /* 8.使能GPIO输出功能 */
193 val = readl(outen_addr);
194 val |= (0x1U << 12);
195 writel(val, outen_addr);
196
197 /* 9.初始化LED的默认状态 */
198 val = readl(data_addr);
199
200 ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "default-state", &str);
201 if(!ret) {
202 if (!strcmp(str, "on"))
203 val |= (0x1U << 12);
204 else
205 val &= ~(0x1U << 12);
206 } else
207 val &= ~(0x1U << 12);
208
209 writel(val, data_addr);
210
211 /* 10.注册字符设备驱动 */
212 /* 创建设备号 */
213 if (dtsled.major) {
214 dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);
215 ret = register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
216 if (ret)
217 goto out1;
218 } else {
219 ret = alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
220 if (ret)
221 goto out1;
222
223 dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid);
224 dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid);
225 }
226
227 printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);
228
229 /* 初始化cdev */
230 dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;
231 cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
232
233 /* 添加一个cdev */
234 ret = cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);
235 if (ret)
236 goto out2;
237
238 /* 创建类 */
239 dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);
240 if (IS_ERR(dtsled.class)) {
241 ret = PTR_ERR(dtsled.class);
242 goto out3;
243 }
244
245 /* 创建设备 */
246 dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL,
247 dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);
248 if (IS_ERR(dtsled.device)) {
249 ret = PTR_ERR(dtsled.device);
250 goto out4;
251 }
252
253 return 0;
254
255 out4:
256 class_destroy(dtsled.class);
257
258 out3:
259 cdev_del(&dtsled.cdev);
260
261 out2:
262 unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT);
263
264 out1:
265 led_iounmap();
266
267 return ret;
268 }
269
270 static void __exit led_exit(void)
271 {
272 /* 注销设备 */
273 device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);
274
275 /* 注销类 */
276 class_destroy(dtsled.class);
277
278 /* 删除cdev */
279 cdev_del(&dtsled.cdev);
280
281 /* 注销设备号 */
282 unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT);
283
284 /* 取消地址映射 */
285 led_iounmap();
286 }
287
288 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
289 module_init(led_init);
290 module_exit(led_exit);
291
292 MODULE_AUTHOR("DengTao <773904075@qq.com>");
293 MODULE_DESCRIPTION("Alientek ZYNQ GPIO LED Driver");
294 MODULE_LICENSE("GPL");
dtsled.c文件中的内容和第十九章的newchrled.c文件中的内容基本一样，只是dtsled.c中包含了处理设备树的代码，我们重点来看一下这部分代码。
第45行，在设备结构体dtsled_dev中添加了成员变量nd，nd是device_node结构体类型指针，表示设备节点。如果我们要读取设备树某个节点的属性值，首先要先得到这个节点，一般在设备结构体中添加device_node指针变量来存放这个节点。
第118~125行，通过使用of_iomap函数替换之前使用ioremap函数来实现物理地址到虚拟地址的映射，它能够直接解析给定节点的reg属性，并将reg属性中存放的物理地址和长度进行映射，使用不同的下标依次对reg数组中记录的不同组“长度-物理地址”地址空间进行映射，非常的方便！
第152~156行，通过of_find_node_by_path函数获取设备树根节点下的led节点，这里我们用的是绝对路径“/led”，因为led节点就在根节点“/”下；只有获取成功了才会进行下面的步骤！
第159~163行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“status”属性的内容，当节点中定义了“status”属性，并且值为“okay”时表示设备是可用的，才会进行下面的操作；如果没有定义“status”属性则默认设备树可用的。
第166~173行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“compatible”属性的内容，如果节点中没有定义这个属性（也就是获取失败），则表示这个节点不支持我们的驱动直接退出；如果获取成功了，则使用strcmp函数进行比较，看是否等于“alientek,led”，如果相同则表示匹配成功，可以接着进行下面的步骤了。
第176行，调用自定义的led_ioremap函数进行物理地址到虚拟地址的映射。
第200~209行，通过of_property_read_string函数获取led节点的“default-state”属性的内容，根据读取到的内容来设置LED灯的初始状态。
那么其他的内容前面都已经讲过了，没什么好说的了，本身驱动也非常的简单。
编写测试APP
本章直接使用第十八章的测试APP。
运行测试
编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第十八章实验基本一样，我们直接将第十八章实验目录下的Makefile文件拷贝到本实验目录中，修改Makefile文件，只是将obj-m变量的值改为dtsled.o，Makefile内容如下所示：
示例代码21.4.1.1 Makefile文件
1 KERN_DIR := /home/shang/git.d/linux-xlnx
2 obj-m := dtsled.o
3 all:
4 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
5 clean:
6 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
第2行，设置obj-m变量的值为dtsled.o。
输入如下命令编译出驱动模块文件：
编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件，如下所示：
图21.4.1 编译驱动模块
2、编译测试APP
直接使用第十八章编译好的可执行文件ledApp。
运行测试
将上面编译出来的dtsled.ko和ledApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.19.0目录中，使用如下命令拷贝（参考17.4.4小节）：
scp dtsled.ko root@192.168.2.22:/lib/modules/4.19.0
重启开发板，进入到/lib/modules/4.19.0目录，输入如下命令加载dtsled.ko驱动模块：
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe dtsled.ko //加载驱动
驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示：
图21.4.2 加载驱动
从图21.4.2可以看出，led驱动已经和led设备节点匹配成功了！并且开发板上的PS_LED1被点亮了，因为我们在设备树中将led节点的“default-state”属性的值设置为“on”，所以初始化LED的时候会将其点亮。
驱动加载成功以后就可以使用ledApp软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开LED灯：
./ledApp /dev/dtsled 0 //关闭LED等
输入上述命令以后查看开发板上的PS_LED1灯是否熄灭，如果熄灭的话说明驱动工作正常。在输入如下命令点亮灯：
./ledApp /dev/dtsled 1 //点亮LED灯
输入上述命令以后查看开发板上的PS_LED1灯是否被点亮。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
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