BeagleBone Black Linux3.8内核驱动程序开发笔记——LED

最近这段时间在玩beaglebone-black，参照《LINUX设备驱动程序》想用来练习Linux下的驱动程序编写，于是把我最近这一个多月的学习做下笔记。我也是新手，本文仅贡交流之用，有写的不好的地方，还望各位高手指正，不吝赐教！

本文参照了：
《Linux下AM335X的GPIO控制》
《Linux下TI omap芯片 MUX 配置分析（以AM335X芯片为例）》
《BeagleBone Black Linux驱动程序开发入门（1）： LED驱动程序》
《Linux下bb-black的GPIO驱动程序》
还有其他的一些博文，对我的帮助也很大，在这就不在这一一列举了！

本文利用embest的交叉编译工具（arm-none-linux-gnueabi-2010.09-50）、3.8内核源码以及镜像images_svn2541（BBB-eMMC-flasher-2013.09.04）进行介绍
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环境搭建：

1、下载交叉编译工具

arm-2010.09-50-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2

2、安装交叉编译工具

（P.S.强烈建议使用root权限进行下列操作，$ sudo -s 切换到root权限下）

①解压源文件

先进入arm-2010.09-50-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2所在的目录，默认是安装在/usr/local目录下的，所以解压源文件到/usr/local目录下。

$ tar -vxjf arm-2010.09-50-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2 -C /usr/local

执行以上命令后，arm-none-linux-gnueabi-gcc安装包会被解压到/usr/local目录下的一个arm-2010.09目录中。arm-2010.09目录是在解压时自动创建的。

②设置环境变量

解压完成后，可以进入arm-2010.09目录下查看一下目录结构。其中，在/usr/local/arm-2010.09/bin/目录下存放的是交叉编译工具的各命令。为了使系统能够找到交叉编译工具的各命令，可以将/usr/local/arm-2010.09/bin/目录增加到PATH变量中。步骤如下：

打开/etc/bash.bashrc脚本

$ gedit /etc/bash.bashrc

在文件的末尾最后添加一行，来增加一个环境变量。

export PATH=$PATH:/usr/local/arm-2010.09/bin/

保存退出。

尽管增加了交叉编译工具的路径，并且保存了/etc/bash.bashrc脚本，但是，由于修改后，没有执行，因此修改后的PATH变量没有起作用，必须手动执行一次/etc/bash.bashrc脚本。

$ source /etc/bash.bashrc

当然，也可以重启系统，因为，系统启动时，会自动执行该脚本。

验证，打开一个新终端执行：

$ echo $PATH

如果有”/usr/local/arm-2010.09/bin/”则说明添加成功。

注：64位操作系统需要执行以下命令来安装所需的库文件以运行32位交叉编译工具链：
$ sudo apt-get install ia32-libs

③验证

在终端中执行：

$ arm-none-linux-gnueabi-gcc --version

如果显示出来交叉编译器的版本号出来则安装成功

3、更新Beaglebone Black的版本

（P.S.强烈建议按照《BeagleBone Black用户手册》操作进行更新）

①准备：映像文件（BBB-eMMC-flasher-2013.09.04.img.xz）、7z压缩工具、SD卡烧写工具、4G以上的SD卡。
②使用7-zip压缩工具解压刚才下载的映像文件；
③用一个MicroSD卡套或者USB读卡器将一张MicroSD卡连接到PC；
④使用刚才安装的Win32 Disk ImagerDisk Imager工具将解压后映像文件写入MicroSD卡；
⑤将MicroSD卡插入BeagleBone Black的卡槽中，然后按住uSD BOOT按钮并使用USB线缆接通电源；
⑥当4个User LED同时持续亮起，表示已成功完系统更新（需耗45分钟左右）。请断开电源并取出MicroSD卡，然后再次接通电源即可。

4、编译内核

（P.S.强烈建议按照《BeagleBone Black用户手册》操作进行更新）

准备：Linux3.8内核源码bb-black-kernel-3.8.tar.bz2
先自行解压，之后执行以下命令来编译内核；

$ cd ~/kernel/kernel$ cp ../configs/beaglebone .config$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- uImage dtbs

?注意：如果编译内核过程中出现/bin/sh: lzop：command not found的错误，在Ubuntu系统下，使用命令$ sudo apt-get install lzop 安装lzop包。

驱动编译：

1、内核空间

驱动程序gpioCtl.c：

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /*-----------------------------------------------------*/#define DEVICE_NAME "gpioCtl"#define GPIO_TO_PIN(bank, gpio) (32 * (bank) + (gpio))/*------------------------------------------------------*/struct gpio_qset;/*设备编号存储结构体*/struct dev_num{ dev_t devNum; unsigned int major; unsigned int minor; unsigned int minor_first; unsigned int count;};struct dev_num gpio_dev_num;/*设备描述结构体*/struct gpio_dev{ struct cdev cdev; struct gpio_qset* dptr; //设备数据存储链表第一项 unsigned long size; //链表长度(随着申请的GPIO端口数增长)};struct gpio_dev *gpio_devp;/*设备数据存储结构体(采用链式存储,不理解的可以看《数据结构》)*/struct gpio_qset{ unsigned long port; //端口号 #define GPIO_TO_PIN(bank, gpio) (32 * (bank) + (gpio)) unsigned int ddr; //方向（输入(0)或输出(1)） char value;  //高(1)低(0)电平 unsigned long num; //当前编号(按照申请顺序编号) char label[10];  //申请的GPIO使用名称 struct gpio_qset* next; //指向链表下一项的指针};/** * 功能:初始化gpio_dev * *inode: * *filp: * 描述:用户空间调用open时运行 *  int (*open) (struct inode *, struct file *); * 返回值:0 */static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *filp){ struct gpio_dev *dev; //由container_of获得结构体指针inode中结构体cdev的指针， //让结构体指针dev指向上述的指针所指的地址， //再让file->private指向这一地址， dev = container_of(inode->i_cdev, struct gpio_dev, cdev); filp->private_data = dev; dev->dptr = NULL; dev->size = 0; //printk(KERN_ERR "gpio_open success!\n"); return 0;}/** * 功能:释放申请的GPIO端口以及释放链表(gpio_qset) * *inode: * *filp: * 描述:用户空间调用close时运行 *  int (*release) (struct inode *, struct file *); * 返回值:0 */static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *filp){ struct gpio_dev *dev = filp->private_data; struct gpio_qset *qset, *qsetTmp; qsetTmp = (struct gpio_qset *)kzalloc(sizeof(struct gpio_qset), GFP_KERNEL); for(qset = dev->dptr; qset->next !=NULL; qset=qsetTmp) {  qsetTmp = qset->next;  gpio_free(qset->port); //释放申请的端口  kfree(qset);  //释放gpio_qset内存 } gpio_free(qsetTmp->port); kfree(qsetTmp);  //printk(KERN_ERR "gpio release!\n"); return 0;}/** * 功能:申请新的gpio_qset的内存，确定相应的GPIO端口功能 * *inode: * *filp: * cmd:实现的功能， * 0：读， * 1：写， * 2：释放GPIO端口 * arg:执行操作的GPIO端口 * 描述:用户空间调用ioctl时运行 *  long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); * 返回值:成功返回操作的GPIO端口号 *  错误返回相应的错误码 */static long gpio_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg){ int ret; struct gpio_dev *dev = filp->private_data; struct gpio_qset *qset; //cmd == 2 设计成为释放arg端口的功能，之后申请内存的任务便不必执行了，所以直接返回 if(cmd == 2) {  gpio_free(arg);  return arg; } dev->size++; if(dev->dptr == NULL) {  dev->dptr = (struct gpio_qset *)kzalloc(sizeof(struct gpio_qset), GFP_KERNEL);  qset = dev->dptr; } else {  for(qset = dev->dptr; qset->next != NULL; qset = qset->next);   //找到链表最后一项  qset->next = (struct gpio_qset *)kzalloc(sizeof(struct gpio_qset), GFP_KERNEL);  qset = qset->next; } /*链表数据*/ qset->num = dev->size; //确定自己的编号 qset->ddr = cmd; //确定方向 qset->port = arg; //确定端口号 qset->next = NULL; //最后一项地址清空 //printk(KERN_ERR "qset->num=%d,qset->ddr=%d,qset->port=%d\n", qset->num, qset->ddr, qset->port); sprintf(qset->label, "gpio%ld", qset->port);  //确定申请的GPIO使用名称(和端口直接相关) ret = gpio_request(qset->port, qset->label);  //申请端口 /*由于gpio_requset会自己判断成功与否并且退出函数，故注释掉对ret的判断 if(ret < 0)  printk(KERN_ERR "%s_requset failled!%d \n", qset->label, ret); */ /*判断GPIO工作方向(输出或输出)*/  switch(qset->ddr) {  case 0: ret = gpio_direction_input(qset->port);   if(ret < 0)    printk(KERN_ERR "gpio_direction_input failled!\n");   break;  case 1: ret = gpio_direction_output(qset->port, 1);   if(ret < 0)    printk(KERN_ERR "gpio_direction_output failled!\n");   break;  default:   return -EPERM; /* Operation not permitted */ } return qset->num;}/** * 功能:获取相应端口电平，写入相应的qset_dev->value，写到用户空间的readBuf * *inode: * *filp: * *readBuf:读数据缓存指针，用户空间的指针 * port:被读取的GPIO端口号 * *offp: * 描述:用户空间调用read时运行 *  ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); * 返回值:成功返回qset->value *  错误返回相应的错误码 */static ssize_t gpio_read (struct file *filp, char __user *readBuf, size_t port, loff_t *offp){ long ret; struct gpio_dev *dev = filp->private_data; struct gpio_qset *qset; if(dev->dptr == NULL)   return -ENODEV;  /* No such device */ for(qset = dev->dptr; qset != NULL; qset = qset->next) {  if(qset->port == port)   break;  if(qset->next == NULL)    return -ENODEV; /* No such device */ } if(qset->ddr != 0)  //判断是否ioctl设置为读操作  return -EPERM;  /* Operation not permitted */ qset->value = gpio_get_value(qset->port); //printk(KERN_ERR "qset->port:%d, qset->value:%d\n", qset->port, qset->value); switch(qset->value) {  case 0: ret = copy_to_user(readBuf, "0", 1);   break;  case 1: ret = copy_to_user(readBuf, "1", 1);   break; } return qset->value;}/** * 功能:写入相应端口电平，写入相应的qset_dev->value，数据来自用户空间的writeBuf * *inode: * *filp: * *writeBuf:写数据缓存指针，用户空间的指针 * port:被写入的GPIO端口号 * *offp: * 描述:用户空间调用write时运行 *  ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); * 返回值:成功返回qset->value *  错误返回相应的错误码 */static ssize_t gpio_write (struct file *filp, const char __user *writeBuf, size_t port, loff_t *offp){ long ret; struct gpio_dev *dev = filp->private_data; struct gpio_qset *qset; if(dev->dptr == NULL)   return -ENODEV;  /* No such device */ for(qset = dev->dptr; qset != NULL; qset = qset->next) { // printk(KERN_ERR "qset->port=%d,port=%d\n", qset->port, port);  if(qset->port == port)   break;  if(qset->next == NULL)    return -ENODEV; /* No such device */ } if(qset->ddr != 1)  //判断是否ioctl设置为写操作  return -EPERM;  /* Operation not permitted */  ret = copy_from_user(&qset->value, writeBuf, 1); //printk(KERN_ERR "write:%d\n", qset->value); switch(qset->value) {  case '0': qset->value = 0;    gpio_set_value(qset->port, 0);    break;  default : qset->value = 1;    gpio_set_value(qset->port, 1);    break; } return qset->value;}/*文件操作结构体*/static const struct file_operations gpio_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = gpio_open, .unlocked_ioctl = gpio_ioctl, .write = gpio_write, .read = gpio_read, .release = gpio_close,};/*cdev注册函数*/static void gpio_setup_cdev(struct gpio_dev *dev, int index){ int ret,devno = gpio_dev_num.devNum + index; cdev_init(&dev->cdev, &gpio_fops); dev->cdev.owner = THIS_MODULE; dev->cdev.ops = &gpio_fops; ret = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1); if(ret)  printk(KERN_ERR "error %d : adding gpioCtl%d",ret,index);}/*设备初始化函数*/static int __init omap3gpio_init(void){ int ret; gpio_dev_num.count = 1; gpio_dev_num.minor_first = 0; ret = alloc_chrdev_region(&gpio_dev_num.devNum, gpio_dev_num.minor_first, gpio_dev_num.count, DEVICE_NAME); if(ret < 0)   return ret; gpio_dev_num.major = MAJOR(gpio_dev_num.devNum); gpio_dev_num.minor = MINOR(gpio_dev_num.devNum); gpio_devp = kzalloc(sizeof(struct gpio_dev),GFP_KERNEL); gpio_setup_cdev(gpio_devp, 0); printk(KERN_ERR "gpio alloc_chrdev_region success, major = %d\n", gpio_dev_num.major); return 0;}/*设备释放函数*/static void __exit omap3gpio_exit(void){ /*test*/ //struct file *filp; //struct inode *inode; //inode = container_of(&gpio_devp->cdev, struct inode, i_cdev); //filp = container_of(gpio_devp, struct file, private_data); //gpio_close(inode, filp); /*test*/ cdev_del(&gpio_devp->cdev); kfree(gpio_devp); unregister_chrdev_region(gpio_dev_num.devNum, 1); printk(KERN_ERR "gpio unregister_chrdev_region success, major = %d\n", gpio_dev_num.major);}MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");MODULE_AUTHOR("Mlo_Lv,Tute-421E-studio");MODULE_DESCRIPTION("This module is used to conrtol omap3 gpio");module_init(omap3gpio_init);module_exit(omap3gpio_exit);

?我的驱动程序文件名是gpioCtl.c，如果各位想直接使用这一驱动的话，请使用这个文件名，不要修改。还有就是其中对于GPIO操作的一些函数，例如”gpio_requset()”,”gpio_free()”,”gpio_set_value()”，如果有不理解的可以参照：http://blog.csdn.net/beyondioi/article/details/6984406，这篇博文详细讲解了omap系列产品用于操作GPIO的函数，其实看看源码应该能够明白这写函数的意思。

Makefile：

#Makefile for gpioCtl.cARCH=armCROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-ifneq ($(KERNELRELEASE),)obj-m := gpioCtl.oelse KERNELDIR ?= /beaglebone/bbb/kernel/kernelPWD := $(shell pwd)default:make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) modulesapp: app.c$(CROSS_COMPILE)gcc -o app app.cclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) cleanrm -rf modules.ordercleanr:rm *~endif

?如果各位使用的交叉编译器和我的不一样的话，请修改CROSS_COMPILE（一样的话就免了），然后修改KERNELDIR成为自己内核的存储路径，至此所有有关驱动的程序就写完了，将上面的两短代码放在同一文件目录下，make（编译驱动之前，请先编译好内核），就会生成相应的驱动gpioCtl.ko

2、用户空间

应用程序app.c：

#include #include #include #include #include #include #include #include #define GPIO_TO_PIN(bank, gpio) (32 * (bank) + (gpio))int main(int argc, char * argv){ int i, n, fd; char num; int ret; fd = open("/dev/gpioCtl", O_RDWR);  //打开设备 if (fd < 0) {  printf("can't open /dev/gpioCtl!\n");  exit(1); } sleep(1); ioctl(fd, 1, GPIO_TO_PIN(1,22));  //设置gpio1-22为输出（user:led3） ioctl(fd, 0, GPIO_TO_PIN(2, 1));  //设置gpio2-1 为输入（p8-18） while (1)  {  num = 1;  ret = write(fd,"1",GPIO_TO_PIN(1,22));printf("on");  if(ret < 0)  {   perror("write");   return -1;  }  sleep(1);  ret = write(fd,"0",GPIO_TO_PIN(1,22));printf("off");  if(ret < 0)  {   perror("write");   return -1;}sleep(1);}}

?执行”$ make app”交叉编译应用程序。此程序能实现user:led3闪烁效果以及读取gpio2-1的电平！

gpioCtl.sh：

#!/bin/shinsmod gpioCtl.komknod /dev/gpioCtl c 241 0

?我在上面的驱动程序编号申请采用动态分配方式，但是每次分配的主设备号都是241，所以shell中的设备号采用了241，如果各位动态分配的结果不是241，可能需要修改shell，cat /proc/devices 可以察看到分配到的设备号。

3、运行测试

现在将所有文件拷贝到板子上
可以用SSH拷贝，利用”$ scp 源文件 root@192.168.7.2:目标目录”命令进行拷贝

在beaglebone black终端上运行以下命令进行测试：

#为脚本增加执行权$ chmod +x gpioCtl.sh#运行脚本，挂载驱动./gpioCtl.sh#运行测试程序，控制LED3灯每隔1秒闪烁./app

?如果没有问题的话，现在就能看到 led 闪烁了！

转载：爱上极客