本文描述了基于全志V3S开发板的LED驱动程序和测试应用程序的设计流程。通过本次实验我们可以控制V3S电路板上的LED，模拟星空的星星，一闪一闪亮晶晶！
本次实验的设计步骤如下：
步骤一、编写一个driver_gpio.c的驱动程序，讲解io内存概念和ioctrl函数的使用。步骤二、使用devmem指令验证LED功能。步骤三、编写makefile文件。步骤四、编写一个gpio_app.c的应用程序。步骤五、在V3S开发板中安装driver_gpio驱动程序，并测试gpio_app应用程序。
编写一个driver_gpio.c的驱动程序，驱动程序源码如下：
/**
*********************************************************************************************************
* driver_gpio
* (c) Copyright 2021-2031
* All Rights Reserved
*
* @File :
* @By : liwei
* @Version : V0.01
*
*********************************************************************************************************
**/
/**********************************************************************************************************
includes
**********************************************************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/ioport.h>
#define DEVICE_NAME "driver_gpio"
#define PIO_BASE_ADDRESS 0x01C20800
#define IOC_MAGIC 'w'
#define IOCTL_TEST_ON _IO(IOC_MAGIC,0)
#define IOCTL_TEST_OFF _IO(IOC_MAGIC,1)
#define GPIO_LED (1)
//gpio寄存器
static volatile unsigned int __iomem *GPIO_pb_cf;
static volatile unsigned int __iomem *gpio_pb_data;
static volatile unsigned char __iomem *gpioe_base_va;
static volatile unsigned char __iomem *gpIOe_res;
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int ioremap_init(void)
{
gpioe_res = request_mem_region(PIO_BASE_ADDRESS,0x300,"GPIOE_MEM");
if(gpioe_res == NULL)
{
printk("request_mem_region PIO_BASE_ADDRESS,0x28 fail\n");
}
else
printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================request_mem_region ok ======================\n");
//IO映射
gpioe_base_va = (unsigned char*)ioremap(PIO_BASE_ADDRESS,0x300);
if(gpioe_base_va == NULL)
{
printk("ioremap PIO_BASE_ADDRESS,0x28 fail\n");
}
else
printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================ioremap ok ======================\n");
//GPIO寄存器地址映射
gpio_pb_cf = (unsigned int*)(gpioe_base_va 0x24);
gpio_PB_data =(unsigned int*)(gpioe_base_va 0x34);
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_set_bit(int bit)
{
*gpio_pb_data |= (0x0000001<<bit);
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_clear_bit(int bit)
{
*gpio_pb_data &= ~ (0x0000001<<bit);
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_config(void)
{
*gpio_pb_cf &= ~(0x000000f0);
*gpio_pb_cf |= (0x00000010);
printk(KERN_EMERG "gpio_pb_cf=%x\n" , *gpio_pb_cf );
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_init(void)
{
//IO映射
ioremap_init();
//GPIO配置
gpio_config();
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
gpio_init();
printk(KERN_EMERG "======================gpio_open======================\n");
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static ssize_t gpio_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
printk(KERN_EMERG "======================gpio_write======================\n");
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static ssize_t gpio_read(struct file *file, char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
printk(KERN_EMERG "======================gpio_read ======================\n");
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(KERN_EMERG "======================gpio_close ======================\n");
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int gpio_ioctl( struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
switch(cmd)
{
case IOCTL_TEST_ON:
gpio_set_bit(GPIO_LED);
printk(KERN_EMERG "======================gpio_ioctl =======IOCTL_TEST_ON===\n");
break;
case IOCTL_TEST_OFF:
gpio_clear_bit(GPIO_LED);
printk(KERN_EMERG "======================gpio_ioctl =======IOCTL_TEST_OFF===\n");
break;
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static struct file_operations gpio_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = gpio_open,
.write = gpio_write,
.read = gpio_read,
.unlocked_ioctl = gpio_ioctl,
.release = gpio_close,
};
static struct cdev gpio_dev;
static dev_t devno;
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static int __init gpio_driver_init(void)
{
int ret;
//申请设备号
ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, DEVICE_NAME);
if(ret < 0) {
pr_err("alloc_chrdev_region failed!");
return ret;
}
printk("MAJOR is %d\n", MAJOR(devno));
printk("MINOR is %d\n", MINOR(devno));
//注册设备
cdev_init(&gpio_dev, &gpio_fops);
ret = cdev_add(&gpio_dev , devno, 1);
if (ret < 0) {
pr_err("cdev_add failed!");
return ret;
}
printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================gpio_driver_init======================\n");
return 0;
}
/***********************************************************************************************************
* @描述 :
***********************************************************************************************************/
static void __exit gpio_driver_exit(void)
{
//注销设备
cdev_del(&gpio_dev);
//释放设备号
unregister_chrdev_region(devno, 1);
printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================gpio_driver_exit======================\n");
}
module_init(gpio_driver_init);
module_exit(gpio_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
/***********************************************END*******************************************************/
driver_gpio.c驱动程序用到两个知识点：io内存操作和ioctrl函数使用。接下来我们重点学习一下这两个知识点。
驱动程序中需要控制芯片内部的一些片内外设（如片内ADC，GPIO），这时需要怎么办？
方法是操作外设的控制寄存器（如ADC控制寄存器，GPIO控制寄存器）。
在ARM体系下，内存和外设统一编址，无论是内存还是外设ARM处理器都是通过地址访问。在linux中的程序使用虚拟地址，不能直接访问物理地址，必须将物理地址转换为虚拟地址，内核通过虚拟地址来访问系统物理地址。io内存就是通过IO操纵控制寄存器等来实现对外设的控制，io内存操作分为以下3步：1、申请资源（可选，有此步骤更安全）2、IO映射3、使用IO操作
IO内存操作的简易代码如下：
//声明指针变量
static volatile unsigned int __iomem *gpio_pb_cf;
static volatile unsigned char __iomem *gpioe_base_va;
static volatile unsigned char __iomem *gpioe_res;
gpioe_res = request_mem_region(PIO_BASE_ADDRESS,0x300,"GPIOE_MEM");
//IO映射
gpioe_base_va = (unsigned char*)ioremap(PIO_BASE_ADDRESS,0x300);
//GPIO寄存器地址映射
gpio_pb_cf = (unsigned int*)(gpioe_base_va 0x24);
//使用
*gpio_pb_cf |= (0x00000010);
本次实验的目的是控制V3S电路板上的LED，模拟星空的星星，一闪一闪亮晶晶！我们一起来看看如何通过GPIO控制LED。
查看V3S开发板原理图可知，LED有PB1这个GPIO引脚控制，因此我们只需要操作PB1即可实现LED亮灭的控制。打开V3S芯片手册，查看GPIO控制部分资料。
GPIO的基地址为0x01C20800，PB为 port 0 ,由此可知PB的控制寄存器信息：P0_CFG0寄存器的地址为0x01C20800 0x24 ，该寄存器的作用是配置IO口的状态。
如我们要将PB1设置为输出，则需要把P0_CFG0寄存器的bit4~bit6设置为001 。P0_DAT寄存器的地址为0x01C20800 0x34 ，该寄存器的作用是控制IO口的电平。
P0_DAT的bit1的值对应PB1的电平状态，P0_DAT的bit1的值为1时PB1的电平状态为3.3V ,P0_DAT的bit1的值为0时PB1的电平状态为0V 。
因此我们只需对GPIO控制寄存器进行IO映射，然后操作P0_CFG0和P0_DAT这两个寄存器即可实现对LED的控制。
3.2.ioctl函数ioctl 函数是驱动程序中设备控制接口函数，常情况下设备驱动会实现打开、关闭、读、写等功能，但是在一些需要细分特殊的情境下，需要扩展新功能，通常使用 ioctl() 函数来实现。ioctl() 函数本质上就是一个switch函数，驱动程序中定义不同的cmd，每一个cmd实现一个特定的功能。
switch(cmd)
{
case 0:
//功能0
break;
case 1:
//功能1
break;
case 2:
//功能2
break;
default:
return -EINVAL;
}
ioctl 函数中的cmd需要特别注意，cmd命令码的设计是有一些规则的，因为我们必须要做到命令和设备是一一对应的，这样才不会将正确的命令发给错误的设备，或者是把错误的命令发给正确的设备，这些错误操作都会导致不可预料的事情发生。因此我们必须按照规则设计cmd命令码，cmd如果为1，是不是就很容易重复？如果cmd为0xff881314是不是就不容易重复了？linux内核提供了一些宏专门用来生产cmd命令码，这几个宏的使用格式为：
_IO (魔数， 基数);_IOR (魔数， 基数， 变量型)_IOW (魔数， 基数， 变量型)_IOWR (魔数， 基数，变量型 )
魔数：魔数范围为 0~255 。通常，用英文字符 “A” ~ “Z” 或者 “a” ~ “z” 来表示。基数：基数用于区别各种命令，通常从 0开始递增。变量型 ：变量型使用 arg 变量指定传送的数据大小。
本驱动程序中的cmd定义如下：
#define IOC_MAGIC ‘w’#define IOCTL_TEST_ON _IO(IOC_MAGIC,0)#define IOCTL_TEST_OFF _IO(IOC_MAGIC,1)
3.3.驱动程序编译准备为了编译得到驱动ko,我们linux内核中建立一个如下目录：easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio把driver_gpio.c程序拷贝到driver_gpio的文件夹中。
4.devmem调试
前文提到了驱动程序中的IO内存操作，ioctl函数操作，在设计过程中可能回遇到各种问题，导致控制操作失败。拿本次实验来说，大家在设计过程中可能遇到各种问题匪夷所思的问题导致LED控制失败，如LED电路出问题，手册中的地址标识错误。这些问题导致程序调试久久无法成功，遇到这种问题怎么办？
在这里我为大家介绍一种快速测试IO内存操作的方法：devmem
devmem指令是提供给驱动开发人员，让我们可以在应用层自由的读写寄存器值，用来检测驱动中对内存或者相关配置的正确性验证。
devmem的原理也比较简单，是应用程序通过mmap函数使用/dev/mem驱动中mmap方法，实现映射了设备的内存到用户空间，最终实现对物理地址的读写操作。evmem的使用方法：
指令格式: devmem2 { address } [ type [ data ] ]address : 物理地址，需要访问的物理地址。type :要访问的数据类型 : [b]yte, [h]alfword, [w]ord ，如果只是读取，省略即可data :想要写入的数据，如果只是读取，省略即可
我们使用这个指令先在V3S开发板上控制一下LED，验证一下LED功能是否正确。
配置PB1为输出模式
devmem 0x01c20824 w 0x00000010
读寄存器数据
devmem 0x01c20824
设置PB1_DAT寄存器，PB1输出高电平LED灭。
devmem 0x01c20834 w 0x00000002
设置PB1_DAT寄存器，PB1输出高低平LED亮。
devmem 0x01c20834 w 0x00000000
5.编写makefile为了编译得到我们需要的驱动，我们需要在linux-3.4内核代码中增加和修改Makefile文件。首先我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char目录下增加一个work的目录,我们修改easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char目录下Makefile文件，在Makefile文件内容中增加加入：
obj = work/
这句代码的意思是：在编译内核时也将子目录work/下的文件进行编译。
然后easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work目录下增加一个driver_gpio的目录,我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：
obj = driver_gpio/
这句代码的意思是：在编译内核时也将子目录driver_gpio/下的文件进行编译。
我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：
obj-m = driver_gpio.o
这句代码的意思是：将我们的driver_gpio.c文件编译得到一个driver_gpio.ko的驱动文件。
我们在easyboard/corelinux/v3ssdk/linux-3.4/drivers/char/work/driver_gpio中创建一个Makefile文件，同时在Makefile文件中加入：
obj-m = driver_gpio.o
这句代码的意思是：将我们的driver_gpio.c文件编译得到一个driver_gpio.ko的驱动文件。
准备好driver_gpio.c文件和Makefile文件后，我们开始编译内核。
编译完成后，我们得到了driver_gpio.ko的驱动文件
6.编写应用程序
编写一个gpio_app.c的应用程序，程序源码如下：
/** ********************************************************************************************************* * gpio_app * (c) Copyright 2021-2031 * All Rights Reserved * * @File : * @By : liwei * @Version : V0.01 * ********************************************************************************************************* **/ /********************************************************************************************************** Includes **********************************************************************************************************/ #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h> #define IOC_MAGIC 'w' #define IOCTL_TEST_ON _IO(IOC_MAGIC,0) #define IOCTL_TEST_OFF _IO(IOC_MAGIC,1) /*********************************************************************************************************** * @描述 : ***********************************************************************************************************/ int main(int arvc, char *argv[]) { int fd; int value = 0; //打开驱动 fd = open("/dev/driver_gpio",O_RDWR); printf("==========led test=============\n"); while(1) { //执行IOCTL操作 ioctl(fd,IOCTL_TEST_ON); sleep(1); ioctl(fd,IOCTL_TEST_OFF); sleep(1); printf("==========run==================\n"); sleep(1); } return 0; } /***********************************************END*******************************************************/我们将应用程序源码放在虚拟机的任意一个目录中如：/home/easyboard/work/demo然后我们在终端中进入/home/easyboard/work/demo目录，使用执行如下gcc编译指令：
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc gpio_app.c -o gpio_app
于是我们得到一个可执行文件
7.安装驱动及运行应用程序
目前我们得到了driver_gpio.ko和gpio_app两个文件，我们使用SecureCRTPortable工具将这两个文件传输到V3开发板中。
执行安装驱动指令：
insmod driver_gpio.ko
查看驱动信息
cat /proc/devices
执行创建文件节点指令：
mknod /dev/driver_gpio c 248 0
执行查看驱动指令（可选）：
ls /dev
执行修改gpio_app文件权限指令：
chmod 777 gpio_app
执行运行gpio_app指令：
./gpio_app
本次实验我们实现控制LED!模拟星空的星星!一闪一闪亮晶晶！效果图如下：
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