【正点原子Linux连载】第四十六章Linux蜂鸣器实验--摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南

正点原子 · 发表于 2020-6-30 15:21:24

本帖最后由正点原子于 2020-10-26 11:26 编辑

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第四十六章Linux蜂鸣器实验

      上一章实验中我们借助pinctrl和gpio子系统编写了LED灯驱动，I.MX6U-ALPHA开发板上还有一个蜂鸣器，从软件的角度考虑，蜂鸣器驱动和LED灯驱动其实是一摸一样的，都是控制IO输出高低电平。本章我们就来学习编写蜂鸣器的Linux驱动，也算是对上一章讲解的pinctrl和gpio子系统的巩固。

46.1蜂鸣器驱动原理
      蜂鸣器驱动原理已经在第十四章有了详细的讲解，I.MX6U-ALPHA开发板上的蜂鸣器通过SNVS_TAMPER1引脚来控制，本节我们来看一下如果在Linux下编写蜂鸣器驱动需要做哪些工作：
      ①、在设备树中添加SNVS_TAMPER1引脚的pinctrl信息。
      ②、在设备树中创建蜂鸣器节点，在蜂鸣器节点中加入GPIO信息。
      ③、编写驱动程序和测试APP，和第四十五章的LED驱动程序和测试APP基本一样。
      接下来我们就根据上面这三步来编写蜂鸣器Linux驱动。
46.2硬件原理图分析
本章实验硬件原理图参考14.3小节即可。
46.3实验程序编写
      本实验对应的例程路径为：开发板光盘->2、Linux驱动例程->6_beep。
      本章实验在四十二章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树的.
46.3.1 修改设备树文件
      1、添加pinctrl节点
      I.MX6U-ALPHA开发板上的BEEP使用了SNVS_TAMPER1这个PIN，打开imx6ull-alientek-emmc.dts，在iomuxc节点的imx6ul-evk子节点下创建一个名为“pinctrl_beep”的子节点，节点内容如下所示：
示例代码46.3.1.1 SNVS_TAMPER1 pinctrl节点
1 pinctrl_beep: beepgrp {
2    fsl,pins =<
3       MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01    0x10B0/* beep */
4>;
5};
      第3行，将SNVS_TAMPER1这个PIN复用为GPIO5_IO01，宏MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01定义在arch/arm/boot/dts/imx6ull-pinfunc-snvs.h文件中。
      2、添加BEEP设备节点
      在根节点“/”下创建BEEP节点，节点名为“beep”，节点内容如下：
示例代码46.3.1.2 创建BEEP蜂鸣器节点

1 beep {
2 #address-cells =<1>;
3 #size-cells =<1>;
4 compatible ="atkalpha-beep";
5 pinctrl-names ="default";
6 pinctrl-0=<&pinctrl_beep>;
7 beep-gpio =<&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
8 status ="okay";
9};

复制代码

      第6行，pinctrl-0属性设置蜂鸣器所使用的PIN对应的pinctrl节点。
      第7行，beep-gpio属性指定了蜂鸣器所使用的GPIO。
      3、检查PIN是否被其他外设使用
      在本章实验中蜂鸣器使用的PIN为SNVS_TAMPER1，因此先检查PIN为SNVS_TAMPER1这个PIN有没有被其他的pinctrl节点使用，如果有使用的话就要屏蔽掉，然后再检查GPIO5_IO01这个GPIO有没有被其他外设使用，如果有的话也要屏蔽掉。
      设备树编写完成以后使用“makedtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的imx6ull-alientek-emmc.dtb文件启动Linux系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beep”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结果如图46.3.1.1所示：

图46.3.1.1 beep子节点

46.3.2 蜂鸣器驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，本章实验在第四十五章实验驱动文件gpioled.c的基础上修改而来。新建名为“6_beep”的文件夹，然后在6_beep文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“beep”。工程创建好以后新建beep.c文件，在beep.c里面输入如下内容：
示例代码46.3.2.1 beep.c文件代码段

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of.h>
12 #include <linux/of_address.h>
13 #include <linux/of_gpio.h>
14 #include <asm/mach/map.h>
15 #include <asm/uaccess.h>
16 #include <asm/io.h>
17/***************************************************************
18 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
19文件名 : beep.c
20作者 : 左忠凯
21版本 : V1.0
22描述 : 蜂鸣器驱动程序。
23其他 : 无
24论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
25 日志 : 初版V1.0 2019/7/15 左忠凯创建
26 ***************************************************************/
27 #define BEEP_CNT 1 /* 设备号个数 */
28 #define BEEP_NAME "beep" /* 名字 */
29 #define BEEPOFF 0 /* 关蜂鸣器 */
30 #define BEEPON 1 /* 开蜂鸣器 */
31
32
33/* beep设备结构体 */
34struct beep_dev{
35 dev_t devid; /* 设备号 */
36struct cdev cdev; /* cdev */
37struct class *class; /* 类 */
38struct device *device; /* 设备 */
39int major; /* 主设备号 */
40int minor; /* 次设备号 */
41struct device_node *nd; /* 设备节点 */
42int beep_gpio; /* beep所使用的GPIO编号 */
43};
44
45struct beep_dev beep; /* beep设备 */
46
47/*
48 * @description : 打开设备
49 * @param – inode : 传递给驱动的inode
50 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
51 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
52 * @return : 0 成功;其他失败
53 */
54staticint beep_open(struct inode *inode,struct file *filp)
55{
56 filp->private_data =&beep; /* 设置私有数据 */
57return0;
58}
59
60/*
61 * @description : 向设备写数据
62 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
63 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
64 * @param - cnt : 要写入的数据长度
65 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
66 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
67 */
68static ssize_t beep_write(struct file *filp,constchar __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
69{
70int retvalue;
71unsignedchar databuf[1];
72unsignedchar beepstat;
73struct beep_dev *dev = filp->private_data;
74
75 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
76if(retvalue <0){
77 printk("kernel write failed!\r\n");
78return-EFAULT;
79}
80
81 beepstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
82
83if(beepstat == BEEPON){
84 gpio_set_value(dev->beep_gpio,0);/* 打开蜂鸣器 */
85}elseif(beepstat == BEEPOFF){
86 gpio_set_value(dev->beep_gpio,1);/* 关闭蜂鸣器 */
87}
88return0;
89}
90
91/*
92 * @description : 关闭/释放设备
93 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
94 * @return : 0 成功;其他失败
95 */
96staticint beep_release(struct inode *inode,struct file *filp)
97{
98return0;
99}
100
101/* 设备操作函数 */
102staticstruct file_operations beep_fops ={
103.owner = THIS_MODULE,
104.open = beep_open,
105.write = beep_write,
106.release = beep_release,
107};
108
109/*
110 * @description : 驱动入口函数
111 * @param : 无
112 * @return : 无
113 */
114staticint __init beep_init(void)
115{
116int ret =0;
117
118/* 设置BEEP所使用的GPIO */
119/* 1、获取设备节点：beep */
120 beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
121if(beep.nd ==NULL){
122 printk("beep node not find!\r\n");
123return-EINVAL;
124}else{
125 printk("beep node find!\r\n");
126}
127
128/* 2、获取设备树中的gpio属性，得到BEEP所使用的GPIO编号 */
129 beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd,"beep-gpio",0);
130if(beep.beep_gpio <0){
131 printk("can't get beep-gpio");
132return-EINVAL;
133}
134 printk("led-gpio num = %d\r\n", beep.beep_gpio);
135
136/* 3、设置GPIO5_IO01为输出，并且输出高电平，默认关闭BEEP */
137 ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio,1);
138if(ret <0){
139 printk("can't set gpio!\r\n");
140}
141
142/* 注册字符设备驱动 */
143/* 1、创建设备号 */
144if(beep.major){ /* 定义了设备号 */
145 beep.devid = MKDEV(beep.major,0);
146 register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
147}else{ /* 没有定义设备号 */
148 alloc_chrdev_region(&beep.devid,0, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
149 beep.major = MAJOR(beep.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
150 beep.minor = MINOR(beep.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
151}
152 printk("beep major=%d,minor=%d\r\n",beep.major, beep.minor);
153
154/* 2、初始化cdev */
155 beep.cdev.owner = THIS_MODULE;
156 cdev_init(&beep.cdev,&beep_fops);
157
158/* 3、添加一个cdev */
159 cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);
160
161/* 4、创建类 */
162 beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
163if(IS_ERR(beep.class)){
164return PTR_ERR(beep.class);
165}
166
167/* 5、创建设备 */
168 beep.device = device_create(beep.class,NULL, beep.devid,NULL,
BEEP_NAME);
169if(IS_ERR(beep.device)){
170return PTR_ERR(beep.device);
171}
172
173return0;
174}
175
176/*
177 * @description : 驱动出口函数
178 * @param : 无
179 * @return : 无
180 */
181staticvoid __exit beep_exit(void)
182{
183/* 注销字符设备驱动 */
184 cdev_del(&beep.cdev); /* 删除cdev */
185 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 注销设备号 */
186
187 device_destroy(beep.class, beep.devid);
188 class_destroy(beep.class);
189}
190
191 module_init(beep_init);
192 module_exit(beep_exit);
193 MODULE_LICENSE("GPL");
194 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

复制代码

beep.c中的内容和上一章的gpioled.c中的内容基本一样，只是换为了初始化SNVS_TAMPER1这个PIN，这里就不详细的讲解了。
46.3.3编写测试APP
测试APP在上一章实验的ledApp.c文件的基础上完成，新建名为beepApp.c的文件，然后输入如下所示内容：
示例代码46.3.3.1 beepApp.c文件

1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8/***************************************************************
9 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
10文件名 : beepApp.c
11作者 : 左忠凯
12版本 : V1.0
13描述 : beep测试APP。
14其他 : 无
15使用方法：./beepApp /dev/beep 0 关闭蜂鸣器
16 ./beepApp /dev/beep 1 打开蜂鸣器
17论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
18 日志 : 初版V1.0 2019/7/15左忠凯创建
19 ***************************************************************/
20
21 #define BEEPOFF 0
22 #define BEEPON 1
23
24/*
25 * @description : main主程序
26 * @param - argc : argv数组元素个数
27 * @param - argv : 具体参数
28 * @return : 0 成功;其他失败
29 */
30int main(int argc,char*argv[])
31{
32 int fd, retvalue;
33 char*filename;
34 unsignedchar databuf[1];
35
36 if(argc !=3){
37 printf("Error Usage!\r\n");
38 return-1;
39 }
40
41 filename = argv[1];
42
43 /* 打开beep驱动 */
44 fd = open(filename, O_RDWR);
45 if(fd <0){
46 printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
47 return-1;
48 }
49
50 databuf[0]= atoi(argv[2]);/* 要执行的操作：打开或关闭 */
51
52 /* 向/dev/beep文件写入数据 */
53 retvalue = write(fd, databuf,sizeof(databuf));
54 if(retvalue <0){
55 printf("BEEP Control Failed!\r\n");
56 close(fd);
57 return-1;
58 }
59
60 retvalue = close(fd);/* 关闭文件 */
61 if(retvalue <0){
62 printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
63 return-1;
64 }
65 return0;
66}

复制代码

beepApp.c的文件内容和ledApp.c文件内容基本一样，要是对文件进行打开、写、关闭等操作。

46.4运行测试

46.4.1 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文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为beep.o，Makefile内容如下所示：
示例代码46.4.1.1 Makefile文件

1 KERNELDIR:= /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
......
4 obj-m := beep.o
......
11 clean:
12$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

复制代码

      第4行，设置obj-m变量的值为beep.o。
      输入如下命令编译出驱动模块文件：
make-j32
      编译成功以后就会生成一个名为“beep.ko”的驱动模块文件。
      2、编译测试APP
      输入如下命令编译测试beepApp.c这个测试程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp

复制代码

编译成功以后就会生成beepApp这个应用程序。
46.4.2 运行测试
将上一小节编译出来的beep.ko和beepApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15中，输入如下命令加载beep.ko驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe beep.ko //加载驱动

复制代码

驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如图46.4.2.1所示：

图46.4.2.1 驱动加载成功以后输出的信息

从图46.4.2.1可以看出，beep这个节点找到了，并且GPIO5_IO01这个GPIO的编号为129。使用beepApp软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开蜂鸣器：

./beepApp /dev/beep 1 //打开蜂鸣器

复制代码

输入上述命令，查看I.MX6U-ALPHA开发板上的蜂鸣器是否有鸣叫，如果鸣叫的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭蜂鸣器：

./beepApp /dev/beep 0 //关闭蜂鸣器

复制代码

输入上述命令以后观察I.MX6U-ALPHA开发板上的蜂鸣器是否停止鸣叫。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmodbeep.ko

复制代码

其他的处理并发和竞争的机制，本章我们主要讲解了常用的原子操作、自旋锁、信号量和互斥体。以后我们在编写Linux驱动的时候就会频繁的使用到这几种机制，希望大家能够深入理解这几个常用的机制。

【正点原子Linux连载】第四十六章Linux蜂鸣器实验--摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南

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