《领航者ZYNQ之嵌入式Linux开发指南_V2.0》第三十七章 platform驱动

正点原子 · 发表于 2022-1-23 11:57:53

1）实验平台：正点原子领航者V2 ZYNQ开发板
2) 章节摘自【正点原子】《领航者ZYNQ之嵌入式Linux开发指南_V2.0》
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第三十七章 platform设备驱动实验

   我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单，都是对IO进行最简单的读写操作。像I2C、SPI、LCD等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了，Linux系统要考虑到驱动的可重用性，因此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路，在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的platform设备驱动，也叫做平台设备驱动。本章我们就来学习一下Linux下的驱动分离与分层，以及platform框架下的设备驱动该如何编写。

   1.1Linux驱动的分离与分层
1.1.1驱动的分隔与分离
   对于Linux这样一个成熟、庞大、复杂的操作系统，代码的重用性非常重要，否则的话就会在Linux内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序，因为驱动程序占用了Linux内核代码量的大头，如果不对驱动程序加以管理，任由重复的代码肆意增加，那么用不了多久Linux内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。
   假如现在有三个平台A、B和C，这三个平台(这里的平台说的是SOC)上都有MPU6050这个I2C接口的六轴传感器，按照我们写裸机I2C驱动的时候的思路，每个平台都有一个MPU6050的驱动，因此编写出来的最简单的驱动框架如图 37.1.1所示：

图 37.1.1 传统的I2C设备驱动

从图 37.1.1可以看出，每种平台下都有一个主机驱动和设备驱动，主机驱动肯定是必须要的，毕竟不同的平台其I2C控制器不同。但是右侧的设备驱动就没必要每个平台都写一个，因为不管对于那个SOC来说，MPU6050都是一样，通过I2C接口读写数据就行了，只需要一个MPU6050的驱动程序即可。如果再来几个I2C设备，比如AT24C02、FT5206(电容触摸屏)等，如果按照图 37.1.1中的写法，那么设备端的驱动将会重复的编写好几次。显然在Linux驱动程序中这种写法是不推荐的，最好的做法就是每个平台的I2C控制器都提供一个统一的接口(也叫做主机驱动)，每个设备的话也只提供一个驱动程序(设备驱动)，每个设备通过统一的I2C接口驱动来访问，这样就可以大大简化驱动文件，比如图 37.1.1中三种平台下的MPU6050驱动框架就可以简化为图 37.1.2所示：

图 37.1.2 改进后的设备驱动

实际的I2C驱动设备肯定有很多种，不止MPU6050这一个，那么实际的驱动架构如图 37.1.3所示：

图 37.1.3 分隔后的驱动框架

这个就是驱动的分隔，也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来，比如I2C、SPI等等都会采用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。在实际的驱动开发中，一般I2C主机控制器驱动已经由半导体厂家编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如I2C设备的话提供设备连接到了哪个I2C接口上，I2C的速度是多少等等。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是Linux中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线搭桥，如图 37.1.4所示：

图 37.1.4 Linux总线、驱动和设备模式

   当我们向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备，有的话也联系起来。Linux内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式，我们一会要重点讲解的platform驱动就是这一思想下的产物。
1.1.2驱动的分层
   上一小节讲了驱动的分隔与分离，本节我们来简单看一下驱动的分层，大家应该听说过网络的7层模型，不同的层负责不同的内容。同样的，Linux下的驱动往往也是分层的，分层的目的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统，后面会有专门的章节详细的讲解)为例，简单介绍一下驱动的分层。input子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等，最底层的就是设备原始驱动，负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给input核心层。input核心层会处理各种IO模型，并且提供file_operations操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即可，至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的，我们不用管。可以看出借助分层模型可以极大的简化我们的驱动编写，对于驱动编写来说非常的友好。
   1.2platform平台驱动模型简介
   前面我们讲了设备驱动的分离，并且引出了总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，比如I2C、SPI、USB等总线。但是在SOC中有些外设是没有总线这个概念的，但是又要使用总线、驱动和设备模型该怎么办呢？为了解决此问题，Linux提出了platform这个虚拟总线，相应的就有platform_driver和platform_device。
1.2.1platform总线
   Linux系统内核使用bus_type结构体表示总线，此结构体定义在文件include/linux/device.h，bus_type结构体内容如下：

示例代码 37.2.1 bus_type结构体代码段
110 struct bus_type {
111 const char *name; // 总线名字
112 const char *dev_name;
113 struct device *dev_root;
114 const struct attribute_group **bus_groups; // 总线属性
115 const struct attribute_group **dev_groups; // 该总线下的设备对应的属性
116 const struct attribute_group **drv_groups; // 该总线下的驱动对应的属性
117
118 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
119 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
120 int (*probe)(struct device *dev);
121 int (*remove)(struct device *dev);
122 void (*shutdown)(struct device *dev);
123
124 int (*online)(struct device *dev);
125 int (*offline)(struct device *dev);
126
127 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
128 int (*resume)(struct device *dev);
129
130 int (*num_vf)(struct device *dev);
131
132 const struct dev_pm_ops *pm;
133
134 const struct iommu_ops *iommu_ops;
135
136 struct subsys_private *p;
137 struct lock_class_key lock_key;
138 };

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第118行，match函数，此函数很重要，单词match的意思就是“匹配、相配”，因此此函数就是完成设备和驱动之间匹配的，总线就是使用match函数来根据注册的设备来查找对应的驱动，或者根据注册的驱动来查找相应的设备，因此每一条总线都必须实现此函数。match函数有两个参数：dev和drv，这两个参数分别为device和device_driver类型，也就是设备和驱动。
platform总线是bus_type的一个具体实例，定义在文件drivers/base/platform.c，platform总线定义如下：

示例代码 37.2.2 platform总线实例
1140 struct bus_type platform_bus_type = {
1141 .name = "platform",
1142 .dev_groups = platform_dev_groups,
1143 .match = platform_match,
1144 .uevent = platform_uevent,
1145 .pm = &platform_dev_pm_ops,
1146 };

复制代码

platform_bus_type就是platform平台总线，其中platform_match就是匹配函数。我们来看一下驱动和设备是如何匹配的，platform_match函数定义在文件drivers/base/platform.c中，函数内容如下所示：

示例代码 37.2.3 platform总线platform_match函数
965 static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
966 {
967 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
968 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
969
970 /* When driver_override is set, only bind to the matching driver */
971 if (pdev->driver_override)
972 return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
973
974 /* Attempt an OF style match first */
975 if (of_driver_match_device(dev, drv))
976 return 1;
977
978 /* Then try ACPI style match */
979 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
980 return 1;
981
982 /* Then try to match against the id table */
983 if (pdrv->id_table)
984 return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
985
986 /* fall-back to driver name match */
987 return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
988 }

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   驱动和设备的匹配有四种方法，我们依次来看一下：
   第975~976行，第一种匹配方式，OF类型的匹配，也就是设备树采用的匹配方式，of_driver_match_device函数定义在文件include/linux/of_device.h中。device_driver结构体(表示设备驱动)中有个名为of_match_table的成员变量，此成员变量保存着驱动的compatible匹配表，设备树中的每个设备节点的compatible属性会和of_match_table表中的所有成员比较，查看是否有相同的条目，如果有的话就表示设备和此驱动匹配，设备和驱动匹配成功以后probe函数就会执行。
   第979~980行，第二种匹配方式，ACPI匹配方式。
   第983~984行，第三种匹配方式，id_table匹配，每个platform_driver结构体有一个id_table成员变量，顾名思义，保存了很多id信息。这些id信息存放着这个platformd驱动所支持的驱动类型。
   第987行，第四种匹配方式，如果第三种匹配方式的id_table不存在的话就直接比较驱动和设备的name字段，看看是不是相等，如果相等的话就匹配成功。
   对于支持设备树的Linux内核版本，一般设备驱动为了兼容性都支持设备树和无设备树两种匹配方式。也就是第一种匹配方式一般都会存在，第三种和第四种只要存在一种就可以，一般用的最多的还是第四种，也就是直接比较驱动和设备的name字段，毕竟这种方式最简单了。
1.2.2platform驱动
   platform_driver结构体表示platform驱动，此结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中，内容如下：

示例代码 37.2.4 platform_driver结构体
180 struct platform_driver {
181 int (*probe)(struct platform_device *);
182 int (*remove)(struct platform_device *);
183 void (*shutdown)(struct platform_device *);
184 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
185 int (*resume)(struct platform_device *);
186 struct device_driver driver;
187 const struct platform_device_id *id_table;
188 bool prevent_deferred_probe;
189 };

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   第181行，probe函数，当驱动与设备匹配成功以后probe函数就会执行，非常重要的函数！一般驱动的提供者会编写，如果自己要编写一个全新的驱动，那么probe就需要自行实现。
   第186行，driver成员，为device_driver结构体变量，Linux内核里面大量使用到了面向对象的思维，device_driver相当于基类，提供了最基础的驱动框架。plaform_driver继承了这个基类，然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。
   第187行，id_table表，也就是我们上一小节讲解platform总线匹配驱动和设备的时候采用的第三种方法，id_table是个表(也就是数组)，每个元素的类型为platform_device_id，platform_device_id结构体内容如下：

示例代码 37.2.5 platform_device_id结构体
1 struct platform_device_id {
2 char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
3 kernel_ulong_t driver_data;
4 };

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device_driver结构体定义在include/linux/device.h，device_driver结构体内容如下：

示例代码 37.2.6 device_driver结构体
266 struct device_driver {
267 const char *name;
268 struct bus_type *bus;
269
270 struct module *owner;
271 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
272
273 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
274 enum probe_type probe_type;
275
276 const struct of_device_id *of_match_table;
277 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
278
279 int (*probe) (struct device *dev);
280 int (*remove) (struct device *dev);
281 void (*shutdown) (struct device *dev);
282 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
283 int (*resume) (struct device *dev);
284 const struct attribute_group **groups;
285
286 const struct dev_pm_ops *pm;
287
288 struct driver_private *p;
289 };

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第276行，of_match_table就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表，同样是数组，每个匹配项都为of_device_id结构体类型，此结构体定义在文件include/linux/mod_devicetable.h中，内容如下：

示例代码 37.2.7 of_device_id结构体
235 struct of_device_id {
236 char name[32];
237 char type[32];
238 char compatible[128];
239 const void *data;
240 };

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   第238行的compatible非常重要，因为对于设备树而言，就是通过设备节点的compatible属性值和of_match_table中每个项目的compatible成员变量进行比较，如果有相等的就表示设备和此驱动匹配成功。
   在编写platform驱动的时候，首先定义一个platform_driver结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及probe函数。当驱动和设备匹配成功以后probe函数就会执行，具体的驱动程序在probe函数里面编写，比如字符设备驱动等等。
   当我们定义并初始化好platform_driver结构体变量以后，需要在驱动入口函数里面调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform驱动，platform_driver_register函数原型如下所示：

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)

复制代码

   函数参数和返回值含义如下：
   driver：要注册的platform驱动。
   返回值：负数，失败；0，成功。
   还需要在驱动卸载函数中通过platform_driver_unregister函数卸载platform驱动，platform_driver_unregister函数原型如下：

void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)

复制代码

   函数参数和返回值含义如下：
   drv：要卸载的platform驱动。
   返回值：无。
   platform驱动框架如下所示：

示例代码 37.2.8 platform驱动框架使用示例
1 /* 设备结构体 */
2 struct xxx_dev{
3 struct cdev cdev;
4 /* 设备结构体其他具体内容 */
5 };
6
7 struct xxx_dev xxxdev; /* 定义个设备结构体变量 */
8
9 static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
10 {
11 /* 函数具体内容 */
12 return 0;
13 }
14
15 static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf,
16 size_t cnt, loff_t *offt)
17 {
18 /* 函数具体内容 */
19 return 0;
20 }
21
22 /*
23 * 字符设备驱动操作集
24 */
25 static struct file_operations xxx_fops = {
26 .owner = THIS_MODULE,
27 .open = xxx_open,
28 .write = xxx_write,
29 };
30
31 /*
32 * platform驱动的probe函数
33 * 驱动与设备匹配成功以后此函数就会执行
34 */
35 static int xxx_probe(struct platform_device *dev)
36 {
37 ......
38 cdev_init(&xxxdev.cdev, &xxx_fops); /* 注册字符设备驱动 */
39 /* 函数具体内容 */
40 return 0;
41 }
42
43 static int xxx_remove(struct platform_device *dev)
44 {
45 ......
46 cdev_del(&xxxdev.cdev); /* 删除cdev */
47 /* 函数具体内容 */
48 return 0;
49 }
50
51 /* 匹配列表 */
52 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
53 { .compatible = "xxx-gpio" },
54 { /* Sentinel */ }
55 };
56
57 /*
58 * platform平台驱动结构体
59 */
60 static struct platform_driver xxx_driver = {
61 .driver = {
62 .name = "xxx",
63 .of_match_table = xxx_of_match,
64 },
65 .probe = xxx_probe,
66 .remove = xxx_remove,
67 };
68
69 /* 驱动模块加载 */
70 static int __init xxxdriver_init(void)
71 {
72 return platform_driver_register(&xxx_driver);
73 }
74
75 /* 驱动模块卸载 */
76 static void __exit xxxdriver_exit(void)
77 {
78 platform_driver_unregister(&xxx_driver);
79 }
80
81 module_init(xxxdriver_init);
82 module_exit(xxxdriver_exit);
83 MODULE_LICENSE("GPL");
84 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

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   第1~29行，传统的字符设备驱动，所谓的platform驱动并不是独立于字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动之外的其他种类的驱动。platform只是为了驱动的分离与分层而提出来的一种框架，其驱动的具体实现还是需要字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动。
   第35~41行，xxx_probe函数，当驱动和设备匹配成功以后此函数就会执行，以前在驱动入口init函数里面编写的字符设备驱动程序就全部放到此probe函数里面。比如注册字符设备驱动、添加cdev、创建类等等。
   第43~49行，xxx_remove函数，platform_driver结构体中的remove成员变量，当关闭platfor备驱动的时候此函数就会执行，以前在驱动卸载exit函数里面要做的事情就放到此函数中来。比如，使用iounmap释放内存、删除cdev，注销设备号等等。
   第52~55行，xxx_of_match匹配表，如果使用设备树的话将通过此匹配表进行驱动和设备的匹配。第51行设置了一个匹配项，此匹配项的compatible值为“xxx-gpio”，因此当设备树中设备节点的compatible属性值为“xxx-gpio”的时候此设备就会与此驱动匹配。第52行是一个标记，of_device_id表最后一个匹配项必须是空的。
   第60~67行，定义一个platform_driver结构体变量xxx_driver，表示platform驱动，第59~62行设置paltform_driver中的device_driver成员变量的name和of_match_table这两个属性。其中name属性用于传统的驱动与设备匹配，也就是检查驱动和设备的name字段是不是相同。of_match_table属性就是用于设备树下的驱动与设备检查。对于一个完整的驱动程序，必须提供有设备树和无设备树两种匹配方法。最后63和64这两行设置probe和remove这两成员变量。
   第70~73行，驱动入口函数，调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform驱动，也就是上面定义的xxx_driver结构体变量。
   第76~79行，驱动出口函数，调用platform_driver_unregister函数卸载前面注册的platform驱动。
   总体来说，platform驱动还是传统的字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动，只是套上了一张“platform”的皮，目的是为了使用总线、驱动和设备这个驱动模型来实现驱动的分离与分层。
1.2.3platform设备
   platform驱动已经准备好了，我们还需要platform设备，否则的话单单一个驱动也做不了什么。platform_device这个结构体表示platform设备，这里我们要注意，如果内核支持设备树的话就不要再使用platform_device来描述设备了，因为改用设备树去描述了。当然了，你如果一定要用platform_device来描述设备信息的话也是可以的。platform_device结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中，结构体内容如下：

示例代码 37.2.9 platform_device结构体代码段
23 struct platform_device {
24 const char *name;
25 int id;
26 bool id_auto;
27 struct device dev;
28 u32 num_resources;
29 struct resource *resource;
30
31 const struct platform_device_id *id_entry;
32 char *driver_override; /* Driver name to force a match */
33
34 /* MFD cell pointer */
35 struct mfd_cell *mfd_cell;
36
37 /* arch specific additions */
38 struct pdev_archdata archdata;
39 };

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   第24行，name表示设备名字，要和所使用的platform驱动的name字段相同，否则的话设备就无法匹配到对应的驱动。比如对应的platform驱动的name字段为“xxx-gpio”，那么此name字段也要设置为“xxx-gpio”。
   第28行，num_resources表示资源数量，一般为第29行resource资源的大小。
   第29行，resource表示资源，也就是设备信息，比如外设寄存器等。Linux内核使用resource结构体表示资源，resource结构体内容如下：

示例代码 37.2.10 resource结构体代码段
18 struct resource {
19 resource_size_t start;
20 resource_size_t end;
21 const char *name;
22 unsigned long flags;
23 struct resource *parent, *sibling, *child;
24 };

复制代码

start和end分别表示资源的起始和终止信息，对于内存类的资源，就表示内存起始和终止地址，name表示资源名字，flags表示资源类型，可选的资源类型都定义在了文件include/linux/ioport.h里面，如下所示：

示例代码 37.2.11 资源类型
29 #define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */
30
31 #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */
32 #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */
33 #define IORESOURCE_MEM 0x00000200
34 #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */
35 #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400
36 #define IORESOURCE_DMA 0x00000800
37 #define IORESOURCE_BUS 0x00001000
......
104 /* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */
105 #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

复制代码

在以前不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息，然后使用platform_device_register函数将设备信息注册到Linux内核中，此函数原型如下所示：

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)

复制代码

   函数参数和返回值含义如下：
   pdev：要注册的platform设备。
   返回值：负数，失败；0，成功。
   如果不再使用platform的话可以通过platform_device_unregister函数注销掉相应的platform设备，platform_device_unregister函数原型如下：

void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)

复制代码

   函数参数和返回值含义如下：
   pdev：要注销的platform设备。
   返回值：无。
   platform设备信息框架如下所示：

示例代码 37.2.12 platform设备框架使用示例
1 /* 寄存器地址定义*/
2 #define PERIPH1_REGISTER_BASE (0X20000000) /* 外设1寄存器首地址 */
3 #define PERIPH2_REGISTER_BASE (0X020E0068) /* 外设2寄存器首地址 */
4 #define REGISTER_LENGTH 4
5
6 /* 资源 */
7 static struct resource xxx_resources[] = {
8 [0] = {
9 .start = PERIPH1_REGISTER_BASE,
10 .end = (PERIPH1_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
11 .flags = IORESOURCE_MEM,
12 },
13 [1] = {
14 .start = PERIPH2_REGISTER_BASE,
15 .end = (PERIPH2_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
16 .flags = IORESOURCE_MEM,
17 },
18 };
19
20 /* platform设备结构体 */
21 static struct platform_device xxxdevice = {
22 .name = "xxx-gpio",
23 .id = -1,
24 .num_resources = ARRAY_SIZE(xxx_resources),
25 .resource = xxx_resources,
26 };
27
28 /* 设备模块加载 */
29 static int __init xxxdevice_init(void)
30 {
31 return platform_device_register(&xxxdevice);
32 }
33
34 /* 设备模块注销 */
35 static void __exit xxx_resourcesdevice_exit(void)
36 {
37 platform_device_unregister(&xxxdevice);
38 }
39
40 module_init(xxxdevice_init);
41 module_exit(xxxdevice_exit);
42 MODULE_LICENSE("GPL");
43 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

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   第7~18行，数组xxx_resources表示设备资源，一共有两个资源，分别为设备外设1和外设2的寄存器信息。因此flags都为IORESOURCE_MEM，表示资源为内存类型的。
   第21~26行，platform设备结构体变量，注意name字段要和所使用的驱动中的name字段一致，否则驱动和设备无法匹配成功。num_resources表示资源大小，其实就是数组xxx_resources的元素数量，这里用ARRAY_SIZE来测量一个数组的元素个数。
   第29~32行，设备模块加载函数，在此函数中调用platform_device_register向Linux内核注册platform设备。
   第35~38行，设备模块卸载函数，在此函数中调用platform_device_unregister从Linux内核中卸载platform设备。
   示例代码 37.2.12主要是在不支持设备树的Linux版本中使用的，当Linux内核支持了设备树以后就不需要用户手动去注册platform设备了。因为设备信息都放到了设备树中去描述，Linux内核启动的时候会从设备树中读取设备信息，然后将其组织成platform_device形式，至于设备树到platform_device的具体过程就不去详细的追究了，感兴趣的可以去看一下，网上也有很多博客详细的讲解了整个过程。
   关于platform下的总线、驱动和设备就讲解到这里，我们接下来就使用platform驱动框架来编写一个LED灯驱动，本章我们不使用设备树来描述设备信息，我们采用自定义platform_device这种“古老”方式来编写LED的设备信息。下一章我们来编写设备树下的platform驱动，这样我们就掌握了无设备树和有设备树这两种platform驱动的开发方式。
   1.3硬件原理图分析
   本章实验我们只使用到开发板上的PS_LED0，因此实验硬件原理图参考22.3小节即可。
   1.4试验程序编写
   本实验对应的例程路径为：领航者ZYNQ开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\17_platform
   本章实验我们需要编写一个驱动模块和一个设备模块，其中驱动模块是platform驱动程序，设备模块是platform的设备信息。当这两个模块都加载成功以后就会匹配成功，然后platform驱动模块中的probe函数就会执行，probe函数中就是传统的字符设备驱动那一套。
1.4.1platform设备与驱动程序编写
   在drivers目录下新建名为“17_platform”的文件夹，在“17_platform”目录下新建名为leddevice.c和leddriver.c这两个源文件，这两个文件分别为LED灯的platform设备源文件和platform驱动源文件。在leddevice.c中输入如下所示内容：

示例代码 37.4.1 leddevice.c文件代码段
1 /***************************************************************
2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
3 文件名 : leddevice.c
4 作者 : 邓涛
5 版本 : V1.0
6 描述 : platform总线编程示例之platform设备模块
7 其他 : 无
8 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
9 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
10 ***************************************************************/
11
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/platform_device.h>
14
15 /*
16 * GPIO相关寄存器地址定义
17 */
18 #define DATA_REG 0xE000A040
19 #define DIRM_REG 0xE000A204
20 #define OUTEN_REG 0xE000A208
21 #define INTDIS_REG 0xE000A214
22 #define APER_CLK_CTRL_REG 0xF800012C
23
24 /*
25 * @description : platform设备模块卸载时此函数会执行
26 * @param – dev : 要释放的设备
27 * @return : 无
28 */
29 static void myled_release(struct device *dev)
30 {
31 printk(KERN_INFO "myled: led platform device release!\r\n");
32 }
33
34 /*
35 * platform设备资源信息
36 * 也就是PS_LED0所使用的所有寄存器资源
37 */
38 static struct resource myled_resources[] = {
39 [0] = {
40 .start = DATA_REG,
41 .end = DATA_REG + 3,
42 .flags = IORESOURCE_MEM,
43 },
44 [1] = {
45 .start = DIRM_REG,
46 .end = DIRM_REG + 3,
47 .flags = IORESOURCE_MEM,
48 },
49 [2] = {
50 .start = OUTEN_REG,
51 .end = OUTEN_REG + 3,
52 .flags = IORESOURCE_MEM,
53 },
54 [3] = {
55 .start = INTDIS_REG,
56 .end = INTDIS_REG + 3,
57 .flags = IORESOURCE_MEM,
58 },
59 [4] = {
60 .start = APER_CLK_CTRL_REG,
61 .end = APER_CLK_CTRL_REG + 3,
62 .flags = IORESOURCE_MEM,
63 },
64 };
65
66 /*
67 * platform设备结构体
68 */
69 static struct platform_device myled_device = {
70 .name = "zynq-led",
71 .id = -1,
72 .dev = {
73 .release = &myled_release,
74 },
75 .num_resources = ARRAY_SIZE(myled_resources),
76 .resource = myled_resources,
77 };
78
79 /*
80 * @description : 模块入口函数
81 * @param : 无
82 * @return : 无
83 */
84 static int __init myled_device_init(void)
85 {
86 return platform_device_register(&myled_device);
87 }
88
89 /*
90 * @description : 模块出口函数
91 * @param : 无
92 * @return : 无
93 */
94 static void __exit myled_device_exit(void)
95 {
96 platform_device_unregister(&myled_device);
97 }
98
99 module_init(myled_device_init);
100 module_exit(myled_device_exit);
101
102 MODULE_AUTHOR("DengTao <<a href="mailto:773904075@qq.com">773904075@qq.com</a>>");
103 MODULE_DESCRIPTION("Led Platform Device");
104 MODULE_LICENSE("GPL");

复制代码

   leddevice.c文件内容就是按照示例代码 37.2.12的platform设备模板编写的。
   第18~22行，PS_LED0对应的gpio所使用到的寄存器地址定义。
   第29~32行，myled_release函数，当platform设备模块卸载时会执行这个函数，我们在这个函数中添加了一条打印语句。
   第38~64行，struct resource结构体类型的数组myled_resources，也就是设备资源，描述了LED所要使用到的寄存器信息，也就是IORESOURCE_MEM资源。
   第69~77，platform设备结构体变量myled_device，这里要注意name字段为“zynq-led”，所以稍后编写platform驱动文件中的name字段也要为“zynq-led”，否则设备和驱动匹配失败。
   第84~87行，模块入口函数myled_device_init，在此函数里面通过platform_device_register向Linux内核注册myled_device这个platform设备。
   第94~97行，模块出口函数myled_device_exit，在此函数里面通过platform_device_unregister从Linux内核中删除掉myled_device这个platform设备。
   platform设备文件leddevice.c编写完成以后就编写platform驱动文件leddriver.c，在leddriver.c里面输入如下内容：

示例代码 37.4.2 leddriver.c文件代码
1 /***************************************************************
2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
3 文件名 : leddriver.c
4 作者 : 邓涛
5 版本 : V1.0
6 描述 : platform总线编程示例之platform驱动模块
7 其他 : 无
8 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
9 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
10 ***************************************************************/
11
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/cdev.h>
14 #include <linux/uaccess.h>
15 #include <asm/io.h>
16 #include <linux/platform_device.h>
17
18 #define MYLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
19 #define MYLED_NAME "myled" /* 名字 */
20
21 /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
22 static void __iomem *data_addr;
23 static void __iomem *dirm_addr;
24 static void __iomem *outen_addr;
25 static void __iomem *intdis_addr;
26 static void __iomem *aper_clk_ctrl_addr;
27
28 /* LED设备结构体 */
29 struct myled_dev {
30 dev_t devid; /* 设备号 */
31 struct cdev cdev; /* cdev结构体 */
32 struct class *class; /* 类 */
33 struct device *device; /* 设备 */
34 };
35
36 static struct myled_dev myled; /* led设备 */
37
38 /*
39 * @description : 打开设备
40 * @param – inode : 传递给驱动的inode
41 * @param – filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
42 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
43 * @return : 0 成功;其他失败
44 */
45 static int myled_open(struct inode *inode, struct file *filp)
46 {
47 return 0;
48 }
49
50 /*
51 * @description : 向设备写数据
52 * @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
53 * @param – buf : 要写给设备写入的数据
54 * @param – cnt : 要写入的数据长度
55 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
56 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
57 */
58 static ssize_t myled_write(struct file *filp, const char __user *buf,
59 size_t cnt, loff_t *offt)
60 {
61 int ret;
62 int val;
63 char kern_buf[1];
64
65 ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
66 if(0 > ret) {
67 printk(KERN_ERR "myled: kernel write failed!\r\n");
68 return -EFAULT;
69 }
70
71 val = readl(data_addr);
72 if (0 == kern_buf[0])
73 val &= ~(0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
74 else if (1 == kern_buf[0])
75 val |= (0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
76
77 writel(val, data_addr);
78 return 0;
79 }
80
81 static int myled_get_platform_resource(struct platform_device *dev)
82 {
83 int i;
84 struct resource *res[5];
85
86 /* 获取资源 */
87 for (i = 0; i < 5; i++) {
88
89 res = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i);
90 if (!res) {
91 printk(KERN_ERR "no MEM resource found %d\n", i);
92 return -ENXIO;
93 }
94 }
95
96 /* 将物理地址映射为虚拟地址 */
97 data_addr = ioremap(res[0]->start, resource_size(res[0]));
98 dirm_addr = ioremap(res[1]->start, resource_size(res[1]));
99 outen_addr = ioremap(res[2]->start, resource_size(res[2]));
100 intdis_addr = ioremap(res[3]->start, resource_size(res[3]));
101 aper_clk_ctrl_addr = ioremap(res[4]->start, resource_size(res[4]));
102
103 return 0;
104 }
105
106 static void myled_init(void)
107 {
108 u32 val;
109
110 /* 使能GPIO时钟 */
111 val = readl(aper_clk_ctrl_addr);
112 val |= (0x1U << 22);
113 writel(val, aper_clk_ctrl_addr);
114
115 /* 关闭中断功能 */
116 val |= (0x1U << 7);
117 writel(val, intdis_addr);
118
119 /* 设置GPIO为输出功能 */
120 val = readl(dirm_addr);
121 val |= (0x1U << 7);
122 writel(val, dirm_addr);
123
124 /* 使能GPIO输出功能 */
125 val = readl(outen_addr);
126 val |= (0x1U << 7);
127 writel(val, outen_addr);
128
129 /* 默认关闭LED */
130 val = readl(data_addr);
131 val &= ~(0x1U << 7);
132 writel(val, data_addr);
133 }
134
135 static void myled_iounmap(void)
136 {
137 iounmap(data_addr);
138 iounmap(dirm_addr);
139 iounmap(outen_addr);
140 iounmap(intdis_addr);
141 iounmap(aper_clk_ctrl_addr);
142 }
143
144 /* LED设备操作函数 */
145 static struct file_operations myled_fops = {
146 .owner = THIS_MODULE,
147 .open = myled_open,
148 .write = myled_write,
149 };
150
151 /*
152 * @description : platform驱动的probe函数，当platform驱动与platform设备
153 * 匹配以后此函数就会执行
154 * @param – dev : platform设备指针
155 * @return : 0，成功;其他负值,失败
156 */
157 static int myled_probe(struct platform_device *dev)
158 {
159 int ret;
160
161 printk(KERN_INFO "myled: led driver and device has matched!\r\n");
162
163 /* 获取platform设备资源 */
164 ret = myled_get_platform_resource(dev);
165 if (ret)
166 return ret;
167
168 /* led初始化 */
169 myled_init();
170
171 /* 初始化cdev */
172 ret = alloc_chrdev_region(&myled.devid, 0, MYLED_CNT, MYLED_NAME);
173 if (ret)
174 goto out1;
175
176 myled.cdev.owner = THIS_MODULE;
177 cdev_init(&myled.cdev, &myled_fops);
178
179 /* 添加cdev */
180 ret = cdev_add(&myled.cdev, myled.devid, MYLED_CNT);
181 if (ret)
182 goto out2;
183
184 /* 创建类class */
185 myled.class = class_create(THIS_MODULE, MYLED_NAME);
186 if (IS_ERR(myled.class)) {
187 ret = PTR_ERR(myled.class);
188 goto out3;
189 }
190
191 /* 创建设备 */
192 myled.device = device_create(myled.class, &dev->dev,
193 myled.devid, NULL, MYLED_NAME);
194 if (IS_ERR(myled.device)) {
195 ret = PTR_ERR(myled.device);
196 goto out4;
197 }
198
199 return 0;
200
201 out4:
202 class_destroy(myled.class);
203
204 out3:
205 cdev_del(&myled.cdev);
206
207 out2:
208 unregister_chrdev_region(myled.devid, MYLED_CNT);
209
210 out1:
211 myled_iounmap();
212
213 return ret;
214 }
215
216 /*
217 * @description : platform驱动模块卸载时此函数会执行
218 * @param – dev : platform设备指针
219 * @return : 0，成功;其他负值,失败
220 */
221 static int myled_remove(struct platform_device *dev)
222 {
223 printk(KERN_INFO "myled: led platform driver remove!\r\n");
224
225 /* 注销设备 */
226 device_destroy(myled.class, myled.devid);
227
228 /* 注销类 */
229 class_destroy(myled.class);
230
231 /* 删除cdev */
232 cdev_del(&myled.cdev);
233
234 /* 注销设备号 */
235 unregister_chrdev_region(myled.devid, MYLED_CNT);
236
237 /* 删除地址映射 */
238 myled_iounmap();
239
240 return 0;
241 }
242
243 /* platform驱动结构体 */
244 static struct platform_driver myled_driver = {
245 .driver = {
246 .name = "zynq-led", // 驱动名字，用于和设备匹配
247 },
248 .probe = myled_probe, // probe函数
249 .remove = myled_remove, // remove函数
250 };
251
252 /*
253 * @description : 模块入口函数
254 * @param : 无
255 * @return : 无
256 */
257 static int __init myled_driver_init(void)
258 {
259 return platform_driver_register(&myled_driver);
260 }
261
262 /*
263 * @description : 模块出口函数
264 * @param : 无
265 * @return : 无
266 */
267 static void __exit myled_driver_exit(void)
268 {
269 platform_driver_unregister(&myled_driver);
270 }
271
272 module_init(myled_driver_init);
273 module_exit(myled_driver_exit);
274
275 MODULE_AUTHOR("DengTao <<a href="mailto:773904075@qq.com">773904075@qq.com</a>>");
276 MODULE_DESCRIPTION("Led Platform Driver");
277 MODULE_LICENSE("GPL");

复制代码

   leddriver.c文件内容就是按照示例代码 37.2.8的platform驱动模板编写的。
   第18~79行，传统的字符设备驱动，跟前面讲过的内容是一样的。
   第81~104行，自定义了一个函数myled_get_platform_resource，该函数中主要做了两件事情：调用platform_get_resource函数获取platform设备提供的资源，也就是寄存器地址信息；调用ioremap函数将获取到的寄存器物理地址映射到虚拟地址空间。
   第106~133行，自定义函数myled_init，该函数完成了对LED所使用的GPIO进行相关的初始化，包括：GPIO时钟使能、禁止中断、配置输出模式等，这些知识前面章节都已经讲过了，不再啰嗦！
   第135~142行，自定义函数myled_iounmap，调用iounmap函数删除地址映射，这里是为了方便将这些操作放在这个函数里边，在myled_remove函数中会调用myled_iounmap函数。
   第157~214行，platform驱动的probe函数myled_probe，当platform设备和platform驱动匹配以后此函数就会执行，第161行加入了一条打印语句，所以当匹配成功以后会在终端上输出“myled: led driver and device has matched!”这样语句。myled_probe函数中调用myled_get_platform_resource获取platform设备资源、初始化LED、注册字符设备驱动。也就是将原来在驱动加载函数里面做的工作全部放到probe函数里面完成。
   第221~241行，platform驱动的remove函数myled_remove，当platform驱动模块卸载时此函数就会执行。在此函数里面释放内存、注销字符设备等。也就是将原来驱动卸载函数里面的工作全部都放到remove函数中完成。
   第244~250行，platform_driver平台驱动结构体，注意name字段为"zynq-led"，和我们在leddevice.c文件里面设置的设备name字段一致。
   第257~260行，模块入口函数myled_driver_init，在此函数里面通过platform_driver_register向Linux内核注册myled_driver这个platform驱动。
   第267~270行，模块出口函数myled_driver_exit，在此函数里面通过platform_driver_unregister从Linux内核卸载myled_driver这个platform驱动。
1.4.2测试APP编写
   测试APP的内容很简单，就是打开和关闭LED灯，在17_platform实验目录下新建LED测试源文件ledApp.c，然后在里面输入如下内容：

示例代码 37.4.3 ledApp.c文件代码段
1 /***************************************************************
2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
3 文件名 : ledApp.c
4 作者 : 邓涛
5 版本 : V1.0
6 描述 : LED驱动测试源文件
7 其他 : 无
8 使用方法 : ./ledApp /dev/myled 0 关闭LED
9 ./ledApp /dev/myled 1 打开LED
10 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
11 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
12 ***************************************************************/
13
14 #include <stdio.h>
15 #include <unistd.h>
16 #include <sys/types.h>
17 #include <sys/stat.h>
18 #include <fcntl.h>
19 #include <stdlib.h>
20 #include <string.h>
21
22 /*
23 * @description : main主程序
24 * @param – argc : argv数组元素个数
25 * @param – argv : 具体参数
26 * @return : 0 成功;其他失败
27 */
28 int main(int argc, char *argv[])
29 {
30 int fd, ret;
31 unsigned char buf[1];
32
33 if(3 != argc) {
34 printf("Usage:\n"
35 "\t./ledApp /dev/myled 1 @ close LED\n"
36 "\t./ledApp /dev/myled 0 @ open LED\n"
37 );
38 return -1;
39 }
40
41 /* 打开设备 */
42 fd = open(argv[1], O_RDWR);
43 if(0 > fd) {
44 printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
45 return -1;
46 }
47
48 /* 将字符串转换为int型数据 */
49 buf[0] = atoi(argv[2]);
50
51 /* 向驱动写入数据 */
52 ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
53 if(0 > ret){
54 printf("LED Control Failed!\r\n");
55 close(fd);
56 return -1;
57 }
58
59 /* 关闭设备 */
60 close(fd);
61 return 0;
62 }

复制代码

   ledApp.c文件内容很简单，就是控制LED灯的亮灭，和第二十三章的测试APP基本一致，这里就不重复讲解了。
   1.5运行测试
1.5.1编译驱动程序和测试APP
   1、编译驱动程序
   编写Makefile文件，将实验目录16_asyncnoti下的Makefile文件拷贝到本实验目录17_platform中，打开Makefile文件，将obj-m变量的值改为“leddevice.o leddriver.o”，Makefile内容如下所示：

示例代码 37.5.1 Makefile文件
1 KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
2
3 obj-m := leddevice.o leddriver.o
4
5 all:
6 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
7
8 clean:
9 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean

复制代码

第3行，设置obj-m变量的值为“leddevice.o leddriver.o”。
文件修改完成之后，保存退出。输入如下命令编译出驱动模块文件：

make

复制代码

编译成功以后就会生成两个.ko模块文件leddevice.ko和leddriver.ko，如下所示：

图 37.5.1 编译出两个模块文件

2、编译测试APP
输入如下命令编译测试ledApp.c这个测试程序：

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

复制代码

编译成功以后就会生成ledApp这个应用程序。
1.5.2运行测试
将上一小节编译出来leddevice.ko、leddriver.ko和ledApp这三个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中，重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.14.0-xilinx中，输入如下命令加载leddevice.ko设备模块和leddriver.ko驱动模块。

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe leddevice.ko //加载设备模块
modprobe leddriver.ko //加载驱动模块

复制代码

图 37.5.2 加载模块

根文件系统中/sys/bus/platform/目录下保存着当前板子platform总线下的设备和驱动，其中devices子目录为platform设备，drivers子目录为plartofm驱动。查看/sys/bus/platform/devices/目录，看看我们的设备是否存在，我们在leddevice.c中设置myled_device(platform_device类型)的name字段为“zynq-led”，也就是设备名字为zynq-led，因此肯定在/sys/bus/platform/devices/目录下存在一个名字“zynq-led”的文件，否则说明我们的设备模块加载失败，结果如图 37.5.3所示：

图 37.5.3 zynq-led设备

同理，查看/sys/bus/platform/drivers/目录，看一下驱动是否存在，我们在leddriver.c中设置myled_driver(platform_driver类型)的name字段为“zynq-led”，因此会在/sys/bus/platform/drivers/目录下存在名为“zynq-led”这个文件，结果如图 37.5.4所示：

图 37.5.4 zynq-led驱动

驱动模块和设备模块加载成功以后platform总线就会进行匹配，当驱动和设备匹配成功以后就会输出如图 37.5.2所示一行语句。
驱动和设备匹配成功以后就可以测试LED灯驱动了，输入如下命令打开PS_LED0：

./ledApp /dev/myled 1 //打开LED灯

复制代码

在输入如下命令关闭PS_LED0灯：

./ledApp /dev/myled 0 //关闭LED灯

复制代码

观察开发板PS_LED0能否打开和关闭，如果可以的话就说明驱动工作正常，如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod leddriver.ko
rmmod leddevice.ko

复制代码

图 37.5.5 卸载设备模块和驱动模块

从图 37.5.5可以知道，当卸载leddriver.ko模块的时候，platform驱动的remove函数会被执行；当卸载leddevice.ko模块的时候，platform设备的release函数会被执行！

《领航者ZYNQ之嵌入式Linux开发指南_V2.0》第三十七章 platform驱动

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