01
前言
上一篇我們分享了字符設備驅(qū)動框架:【Linux筆記】驅(qū)動基礎篇,當時分享的是hello驅(qū)動程序。
學STM32我們從點燈開始,學Linux驅(qū)動我們自然也要點個燈來玩玩,盡量在從這些基礎例程中榨取知識,細摳、細摳,為之后更復雜的知識打好基礎。
02
與硬件無關的LED驅(qū)動
回顧hello驅(qū)動程序,我們的根據(jù)實際需求對其進行寫字符串與讀字符串操作。這里我們當然也要根據(jù)實際來思考我們的LED驅(qū)動程序。
在STM32點燈的時候,一般輸出低電平點燈,輸出高電平滅燈。在嵌入Linux操作系統(tǒng)的情況下,我們自然也要想到有個寫1/0的思想。
類比我們上一篇的hello程序:
我們的LED程序自然要寫入的數(shù)據(jù)為0/1來點亮、熄滅LED。
這里我們做的實驗室與硬件無關的LED實驗:我們的驅(qū)動程序在收到應用程序發(fā)送過來的0時打印led on、收到1時打印led off。
模仿上一篇的hello程序,我們修改得到的與硬件無關的LED程序(核心部分)如下:
LED應用程序:
LED驅(qū)動程序:
加載led驅(qū)動模塊及運行應用程序:
03
與硬件有關的LED驅(qū)動
上面那一節(jié)分享的是與硬件無關的LED驅(qū)動實驗,主要是為了理清LED驅(qū)動的大體思路。這里我們再加入與硬件有關的相關操作以構造與硬件有關的LED驅(qū)動程序。
我們在進行STM32的裸機編程的時候,對一些外設進行配置其實就是操作一些地址的過程,這些外設地址在芯片手冊中可以看到:
這是地址映射圖,這里圖中只是列出的外設的邊界地址,每個外設又有很多寄存器,這些寄存器的地址都是對外設基地址進行偏移得到的。
同樣的,對于NXP的IMX6ULL芯片來說,也是有類似這樣的地址的:
此時我們要編寫Linux系統(tǒng)下的led驅(qū)動,涉及到硬件操作的地方操作的并不是這些地址(物理地址),而是操作系統(tǒng)給我們提供的地址(虛擬地址)。
操作系統(tǒng)根據(jù)物理地址來給我們生成一個虛擬地址,我們的led驅(qū)動操控這個地址就是間接的操控物理地址。
至于這兩個地址是怎么聯(lián)系起來的,里面?zhèn)€原理我們暫且不展開。我們從函數(shù)層面來看,內(nèi)核給我們提供了ioremap 函數(shù),這個函數(shù)可以把物理地址映射為虛擬地址。
這個函數(shù)在內(nèi)核文件arch/arm/include/asm/io.h 中:
void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);
-
res_cookie:要映射給的物理起始地址 。
-
size:要映射的內(nèi)存空間大小。
-
返回值:指向映射后的虛擬空間首地址。
與ioremap函數(shù)相對應的函數(shù)為:
void iounmap (volatile void __iomem *addr)
-
addr:要取消映射的虛擬地址空間首地址。
地址映射完成之后,我們可以直接通過指針來訪問虛擬地址,如:
*GPIO5_DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出低電平 */*GPIO5_DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出高電平 */
這里簡單介紹一下i.MX 6ULL的GPIO。對于i.MX 6ULL來說,以數(shù)字來給IO端口(組別)命令,GPIO5為第五組,所以GPIO5_IO03為第五組端口的第3個引腳。
而STM32中是以大寫字母來表示端口(組別),如PA3表示A端口的第3個引腳。
i.MX 6ULL有 5 組 GPIO(GPIO1~ GPIO5),每組引腳最多有 32 個:
GPIO1 有 32 個引腳:GPIO1_IO0~GPIO1_IO31;GPIO2 有 22 個引腳:GPIO2_IO0~GPIO2_IO21;GPIO3 有 29 個引腳:GPIO3_IO0~GPIO3_IO28;GPIO4 有 29 個引腳:GPIO4_IO0~GPIO4_IO28;GPIO5 有 12 個引腳:GPIO5_IO0~GPIO5_IO11;
地址映射完成之后,我們不僅可以通過指針來訪問虛擬地址,而且還可以使用內(nèi)核給我們提供的一些讀寫函數(shù):
寫操作函數(shù) */ void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr);void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr);void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr);讀操作函數(shù) */ 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 這三個函數(shù)分別對應 8bit、 16bit 和 32bit 寫操作,參數(shù) value 是要寫入的數(shù)值, addr 是要寫入的地址。
readb、 readw 和 readl 這三個函數(shù)分別對應 8bit、 16bit 和 32bit 讀操作,參數(shù) addr 就是要讀取寫內(nèi)存地址,返回值就是讀取到的數(shù)據(jù)。
此時我們可以把上一節(jié)的led_init函數(shù)led_drv_write函數(shù)進行修改:
與STM32一樣,對于i.MX 6ULL的GPIO外設來說,也有很多寄存器:
上面我們只是點一個燈,如果是要點多個燈呢?那就得操控多個GPIO。如果進行地址映射的寫法還像上面那樣,代碼就會顯得很臃腫。
回想一下我們STM32,GPIO外設通過結構體來管理它的寄存器:
這里的__IO是個宏,代表的是C語言的關鍵字volatile ,為了防止編譯器對我們的一些硬件操作進行優(yōu)化,從而得不到想要的結果。比如:
/* 假設REG為寄存器的地址 */uint32 *REG;*REG = 0;/* 點燈 */*REG = 1;/* 滅燈 */
此時若是REG不加volatile進行修飾,則點燈操作將被優(yōu)化掉,只執(zhí)行滅燈操作。
在這里,我們也可以模仿STM32那樣子,用一個結構體來對i.MX 6ULL的GPIO的寄存器進行管理,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;};
結構體里的成員排序是要按照特定順序來的:
因為這些寄存器都是相對于GPIO外設的基地址作偏移得到的,比如:
不能打亂順序,否則就不能正確訪問到對應的寄存器了。用結構體進行管理之后,我們就可以用類似下面的方式進行映射:
struct GPIO_RegDef *GPIO5 = ioremap(0x20AC000, sizeof(struct GPIO_RegDef));
然后就可以向STM32那樣來操控GPIO寄存器,如:
GPIO5->DR &= ~(1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出低電平 */GPIO5->DR |= (1 << 3); /* GPIO5_IO03輸出高電平 */
04
LED驅(qū)動(升級版)
上一節(jié)我們分享的LED驅(qū)動是一個常規(guī)的LED驅(qū)動,只能適用于我們當前的開發(fā)版,所以是一個專用的LED驅(qū)動程序。
若是換了另一塊板,led所連接的gpio引腳可能不一樣了,我們就修改我們的驅(qū)動程序led_drv.c里與寄存器相關的操作。
有沒有更好的辦法不用再修改我們的led_drv.c驅(qū)動程序了?
若是led_drv.c不用再修改了,那么這個led_drv.c驅(qū)動就是一個通用的驅(qū)動程序了。具體可查看韋東山老師的《嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊第2版》第五篇第3~7節(jié)進行學習。
下面來簡單地梳理一下:
由于篇幅問題,具體的部分就不貼出來了。
這里我們學到了很重要的思想軟件分層的思想及技巧,但也只是點了一下,未來的路還很長,需要持續(xù)學習,繼續(xù)提高。
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