关键字 :NXP imx8qm GPIO LED

一、概述
i.MX8QM NXP 开发板有 8 组 GPIO 每组 GPIO 32 bit，本文使用 i.MX8QM NXP 开发板的 GPIO1，在 i.MX8QM 上实现 GPIO 控制配置，在应用层通过 APP 控制 LED 的亮灭。本次控制LVDS 的 LED 指示灯，使用 platform 框架，注册字符设备，platform 框架用来匹配设备树，驱动可以通过 of 函数获取设备树参数，字符设备给用户层提供函数接口，可以用 open 函数打开设备，用 read 和 write 函数读写数据，与驱动内核进行联系，从而控制 GPIO 电平变化，软件框架图如下所示：

LVDS 的 led 灯连接脚为 LVDS0_BL_PWM，连接 i.mx8qm 的 GPIO1_04 引脚，如下图所示：

图片来源：取自 NXP 官网 imx8qm 原理图

二、GPIO 驱动编写

1. 模块入口 / 出口

如下代码， module_init(gpio_train_init) 指示驱动入口函数为 gpio_train_init h函数。module_exit (gpio_train_exit) 指示驱动出口函数为 gpio_train_exit 函数。__init 是告知编译器，将变量或函数放在一个特殊的区域，这个区域定义在 vmlinux.lds 中。__init 将函数放在代码段的一个子段“.init.text”（初始化代码段）中，_exit 标记的函数只有对模块才起作用，是指明函数是放在代码段的“.exit.text”中。

在入口函数中使用 platform_driver_register 进行 platform 驱动注册，在出口函数中使用 platform_driver_unregister 函数进行 platform 驱动注销。MODULE_LICENSE 声明模块许可证，通常使用 GPL 即可。

static int __init gpio_train_init(void)

{

return platform_driver_register(&gpio_driver);

}

static void __exit gpio_train_exit(void)

{

platform_driver_unregister(&gpio_driver);

}

module_init(gpio_train_init);

module_exit(gpio_train_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Andrew");

2. Platform 驱动框架

结构体定义如下代码所示。.driver 配置了驱动名称和 compatible 内容，.of_math_table 是模块匹配表，其赋值为 of_device_id 类型数组变量，数组 of_device_id 最后一行为空，.compatible 表示匹配属性，当设备树节点的 compatible 内容属性与此驱动匹配表内容一样时，表示驱动可以使用此设备节点的定义属性，并调用 probe 函数进一步初始化驱动。.probe 表示设备驱动于设备树成功匹配后的调用函数，.remove 表示设备卸载时的调用函数。

static const struct of_device_id gpiotrain_of_mach[] =

{

{.compatible = "gpio-trainled"},

{},

};

static struct platform_driver gpio_driver ={

.driver = {

.name = "gpio-train",

.of_match_table = gpiotrain_of_mach,

.probe = gpio_probe,

.remove = gpio_remove,

};

2.2 probe 函数

驱动 probe 函数为 gpio_probe，此函数包含字符设备初始化（1）和 gpio 的初始化（2），字符设备和 GPIO 框架下文分析，具体代码如下所示：

static int gpio_probe(struct platform_device *dev)

{

// int ret;

// struct pwm_state state;

// /*创建设备号*/

if(gpiodev.major) （1）

{

gpiodev.devid = MKDEV(gpiodev.major,0);

register_chrdev_region(gpiodev.devid, 1 , "gpio_train");

}

else

{

alloc_chrdev_region(&gpiodev.devid, 0 , 1 , "gpio_train");

gpiodev.major = MKDEV(gpiodev.devid,0);

}

/*初始化 cdev*/

gpiodev.cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev_init(&gpiodev.cdev,&gpiodev_fops);

/*添加一个 cdev*/

cdev_add(&gpiodev.cdev,gpiodev.devid, 1);

/*创建类*/

gpiodev.class = class_create(THIS_MODULE,"gpio_train");

if (IS_ERR(gpiodev.class)){

return PTR_ERR(gpiodev.class);

}

/*创建设备*/

gpiodev.device = device_create(gpiodev.class, NULL, gpiodev.devid, NULL, "gpio_train");

if(IS_ERR(gpiodev.device)){

return PTR_ERR(gpiodev.device);

}

gpiodev.node = of_find_node_by_path("/gpio_train"); （2）

if(gpiodev.node == NULL)

{

printk("gpio-train node nost find!\r\n");

return -EINVAL;

}

gpiodev.led0 = of_get_named_gpio(gpiodev.node,"gpio", 0);

printk("of gpio_train gpio: %d\r\n",gpiodev.led0);

if(gpiodev.led0 < 0)

{

printk("can't get led-gpio \r\n");

return -EINVAL;

}

gpio_request(gpiodev.led0,"led0");

gpio_direction_output(gpiodev.led0, 1);

printk("gpio_train probe is over!");

return 0;

}

2.3 remove 函数

驱动 remove 函数为 gpio_remove，此函数用于注销和删除 probe 函数所注册的内容，主要是字符设备的注销和 GPIO 的设置，具体代码如下所示：

static int gpio_remove(struct platform_device *dev)

{

gpio_set_value(gpiodev.led0, 1);

cdev_del(&gpiodev.cdev);

unregister_chrdev_region(gpiodev.devid, 1);

device_destroy(gpiodev.class, gpiodev.devid);

class_destroy(gpiodev.class);

return 0;

}

3. 字符设备驱动

注册字符设备框架，主要是为了使用字符设备的 write 函数，在用户层调用 write 可以向驱动函数 write 传值，驱动函数根据从用户层接收到的数据，进行控制 GPIO 电平变化。

3.1 字符设备创建和注销

① 设备出入口函数：module_init（init 函数），module_exit（exit 函数）:

module_init(gpio_train_init);

module_exit(gpio_train_exit);

② 设备许可函数，MODULE_LICENSE ( "GPL" ):

MODULE_LICENSE("GPL");

③ 设备结构体变量，包含不限于 dev_t，struct cdev，struct class *class，struct device *device，int major:

//设备结构体

struct gpiodev_dev

{

dev_t devid;

struct cdev cdev;

struct class *class;

struct device *device;

struct device_node *node;

struct pwm_device *pwm;

int major;

int led0;

};

④ 设备接口函数及其结构体变量，static struct file_operations gpiodev_fops，包含但不限于:

static struct file_operations gpiodev_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = gpio_open,

.write = gpio_write,

.read = gpio_read,

};

⑤ 创建设备号，alloc_chrdev_region 获取设备号，MKDEV 函数设备号转 dev_t:

alloc_chrdev_region(&gpiodev.devid, 0 , 1 , "gpio_train");

gpiodev.major = MKDEV(gpiodev.devid,0);

⑥ 初始化 cdev：

/*初始化 cdev*/

gpiodev.cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev_init(&gpiodev.cdev,&gpiodev_fops);

⑦ 添加 cdev:

/*添加一个 cdev*/

cdev_add(&gpiodev.cdev,gpiodev.devid, 1);

⑧ 创建类：

/*创建类*/

gpiodev.class = class_create(THIS_MODULE,"gpio_train");

if (IS_ERR(gpiodev.class)){

return PTR_ERR(gpiodev.class);

}

⑨ 创建设备：

/*创建设备*/

gpiodev.device = device_create(gpiodev.class, NULL, gpiodev.devid, NULL, "gpio_train");

if(IS_ERR(gpiodev.device)){

return PTR_ERR(gpiodev.device);

}

⑩ 注销：

cdev_del(&gpiodev.cdev);

unregister_chrdev_region(gpiodev.devid, 1);

device_destroy(gpiodev.class, gpiodev.devid);

class_destroy(gpiodev.class);

3.2 write 函数

write 函数用于控制 GPIO 电平变化，当应用层使用 write 函数时，对应驱动此函数。

static ssize_t gpio_write(struct file *file, const char __user *buff, size_t cnt, loff_t *offt)

{

int flag;

unsigned char writbuff[2];

unsigned char state;

flag = copy_from_user(writbuff, buff, cnt);

if(flag < 0)

{

printk("write fail\r\n");

return -EFAULT;

}

state = writbuff[0];

printk("receipt data is: %c\r\n",state);

if(state == 1)

{

gpio_set_value(gpiodev.led0, 0);

printk("gpio_set_value data is: 0");

}

else if(state == 0)

{ gpio_set_value(gpiodev.led0, 1);

printk("gpio_set_value data is: 1");

}

return 0;

}

copy_from_user 接收来自用户空间的信息，gpio_set_value 设置 GPIO 管脚的输出电平，当接收到用户层传输 1 时，gpio 输出低电平，当接收到用户层传输 0 时，gpio 输出高电平

4. GPIO 子系统

使用 of_find_node_by_path 函数从设备树查找 /gpio_train 节点，查找成功时返回找到的节点，失败时返回NULL：

gpiodev.node = of_find_node_by_path("/gpio_train");

if(gpiodev.node == NULL)

{

printk("gpio-train node nost find!\r\n");

return -EINVAL;

}

从设备树节点中获取 GPIO 管脚号：

gpiodev.led0 = of_get_named_gpio(gpiodev.node,"gpio", 0);

printk("of gpio_train gpio: %d\r\n",gpiodev.led0);

if(gpiodev.led0 < 0)

{

printk("can't get led-gpio \r\n");

return -EINVAL;

}

申请 GPIO 管脚：

gpio_request(gpiodev.led0,"led0");

设置 GPIO 管脚模式和输出电平：

gpio_direction_output(gpiodev.led0, 1);

5. Kernel 配置

5.1 编写 makefile

obj-$(CONFIG_GPIO_TRAIN_LED) += gpio_train.o

5.2 编写 kconfig

① 新文件：

menuconfig GPIO_TRAIN

bool "GPIO Train support"

depends on OF_GPIO

if GPIO_TRAIN

config GPIO_TRAIN_LED

tristate "GPIO Train block support"

default n

help

This is enable GPIO Train support for the leds class

endif

② 添加节点：

config GPIO_TRAIN_LED

tristate "Train GPIO"

depends on OF_GPIO

select GPIOLIB_IRQCHIP

help

train_gpio enable

5.3 文件引用

配置自己编写的 makefile 和 kconfig 的目录的上一级目录下的 makefile 和 kconfig:

① 添加 Makefile 包含:

# GPIO Train

odj-$(CONFIG_GPIO_TRAIN) += gpio_train/

② 增加 makefile 配置：

obj-$(CONFIG_GPIO_TRAIN_LED) += gpio_train.o

③ 添加Kconfig 包含:

source "drivers/gpio/gpio_train/Kconfig"

④ 增加 Kconfig 配置：

config GPIO_TRAIN_LED

tristate "Train GPIO"

depends on OF_GPIO

select GPIOLIB_IRQCHIP

help

train_gpio enable

5.4设备树

增加 gpio 设备树节点 gpio_train，增加 pinctrl gpio 管脚配置节点 pinctrl_train，把 gpio1_4 设置为输出模式。

gpio_train {

#address-cells = <1>; //用来描述子节点 "reg" 属性的地址表中用来描述首地址的 cell 的数量

#size-cells = <1>;//用来描述子节点 "reg" 属性的地址表中用来描述地址长度的 cell 的数量。

compatible = "gpio-trainled";

pinctrl-name = "default";

pinctrl-0 = <&pinctrl_train>;

gpio = <&lsio_gpio1 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;

//pwms = <&pwm_lvds0 0 100000 0>;

status = "okay";

};

pinctrl_train: traingrp {

fsl,pins = <

/* IMX8QM_QSPI1A_DQS_LSIO_GPIO4_IO22 0x06000021*/

IMX8QM_LVDS0_GPIO00_LSIO_GPIO1_IO04 0x00000020

/*IMX8QM_LVDS0_GPIO00_LVDS0_PWM0_OUT 0x00000020*/

/*IMX8QM_LVDS1_GPIO00_LVDS1_PWM0_OUT 0x00000020*/

};

6. APP 编写

使用 open 函数打开 GPIO 的设备节点，打开后使用 write 函数向内核驱动写字节数，写的内容由用胡决定，写 1 时 gpio 电平拉低，写 0 时 gpio 拉高，例如终端运行 ./app /dev/gpio_train 0 时，GPIO 电平拉高。

#include "stdio.h"

#include "unistd.h"

#include "sys/types.h"

#include "sys/stat.h"

#include "fcntl.h"

#include "stdlib.h"

#include "string.h"

/***************************************************************

使用方法：./ledApp /dev/platled 0 关闭 LED

./ledApp /dev/platled 1 打开 LED

***************************************************************/

int main(int argc, char *argv[])

{

int fd, retvalue;

char *filename;

unsigned char databuf[2];

if(argc != 3){

printf("Error Usage!\r\n");

return -1;

}

filename = argv[1];

/* 打开led驱动 */

fd = open(filename, O_RDWR);

if(fd < 0){

printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);

return -1;

}

databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */

retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));

if(retvalue < 0){

printf("LED Control Failed!\r\n");

close(fd);

return -1;

}

printf("Filename: %s write: %s\r\n ", filename, databuf[0]);

retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */

if(retvalue < 0){

printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);

return -1;

}

return 0;

}

以上为 i.MX8QM 的 GPIO 驱动的编写以及测试 APP 的应用编写！

参考文献：

《iMX8QM_RM_Rev_E.pdf》
《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.6.pdf》

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i.MX8QM GPIO 驱动编写（LED）

1. 模块入口 / 出口

2. Platform 驱动框架

2.2 probe 函数

2.3 remove 函数

3. 字符设备驱动

3.1 字符设备创建和注销

3.2 write 函数

4. GPIO 子系统

5. Kernel 配置

5.1 编写 makefile

5.2 编写 kconfig

5.3 文件引用

5.4设备树

6. APP 编写

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