实验5 嵌入式Linux下LED报警灯驱动设计及编程

一.实验目的

理解驱动本质，掌握嵌入式Linux系统下驱动开发相关知识，包括端口寄存器访问、接口函数编写、和文件系统挂接、注册及相关应用编程等知识点。

二.实验内容

实验5.1 嵌入式Linux下LED报警灯驱动设计及跑马灯应用编程

实验5.2 添加看门狗功能的跑马灯应用编程

三.预备知识

Linux使用、驱动相关知识等

四.实验设备及工具（包括软件调试工具）

硬件：ARM 嵌入式开发平台、PC 机Pentium100 以上、串口线。

软件： WinXP或UBUNTU开发环境。

五.实验5.1步骤

5.1 前期准备

（1）看懂相关硬件电路图【见S3C6410实验箱电路图-底板.pdf】，以LED报警灯为例进行设计

打开PDF硬件电路图，明确LED灯用到的多个GPIO及其控制器

本实验电路 LED1-------GPM0

LED2-------GPM1

LED3-------GPM2

LED4-------GPM3

LED5-------GPM4

LED6-------GPM5

LED7-------GPQ0

LED8-------GPQ1

得出结论：8个LED灯使用到的硬件控制器分别为GPM和GPQ两个硬件控制器

（2）在芯片手册中找到相应的硬件控制器部分，重心是看懂端口寄存器

本实验要求完成LED流水灯设计，所以需要设置控制器中端口寄存器：

GPMCON----设置相应位为输出口

GPMDAT-----控制相应位输出高电平-----点亮LED灯

输出低电平-----熄灭LED灯

(3) linux内核中相关寄存器读写函数

读寄存器函数

readl(寄存器虚地址);

写寄存器函数

writel(值(无符号整型), 寄存器虚地址);

具体端口寄存器地址宏定义在/opt/FriendlyARM/linux-2.6.38/arch/arm/mach-s3c64xx/include/mach文件夹下的文件中，如端口M寄存器在gpio-bank-m.h文件中有定义：

#define S3C64XX_GPMCON (S3C64XX_GPM_BASE + 0x00)

#define S3C64XX_GPMDAT (S3C64XX_GPM_BASE + 0x04)

注意：上面斜体部分原代码有错误，请找到该文件并修改

5.2 LED报警灯驱动设计s3c6410_leddrv.c

(1)头文件包含和相关宏定义

#include <linux/miscdevice.h>

#include <linux/delay.h>

#include <asm/irq.h>

//#include <mach/regs-gpio.h>

#include <mach/hardware.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/delay.h>

#include <linux/moduleparam.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/ioctl.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/string.h>

#include <linux/list.h>

#include <linux/pci.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include <asm/atomic.h>

#include <asm/unistd.h>

#include <mach/map.h>

#include <mach/regs-clock.h>

#include <mach/regs-gpio.h>

#include <plat/gpio-cfg.h>

#include <mach/gpio-bank-m.h>

#define ON 1

#define OFF 0

unsigned int old_gpmcon_val;

int leddevNo;

(2)编写驱动接口函数

功能：配置GPM0~5/GPQ0~1为输出口

参数：无

返回值：无

void LedConfig(void)

{

//读出端口M控制寄存器（S3C64XX_GPMCON）值，修改并写回端口寄存器

//add your code

unsigned int tmp;

tmp =readl(S3C64XX_GPMCON);

tmp &= ~((0XF<<0X0)|(0XF<<0X4)|(0XF<<0X8)|(0XF<<0XC)|(0XF<<0X10)|(0XF<<0X14));

tmp |= (0X1<<0X0)|(0X1<<0X4)|(0X1<<0X8)|(0X1<<0XC)|(0X1<<0X10)|(0X1<<0X14);

writel(tmp,S3C64XX_GPMCON);

}

功能：点亮所有LED灯

参数：无

返回值：无

void AllLedOn(void)

{

//读出端口M数据寄存器(S3C64XX_GPMDAT)值，修改并写回端口寄存器

//add your code here

unsigned int tmp;

tmp =readl(S3C64XX_GPMDAT);

tmp &= ~((0X1<<0X0)|(0X1<<0X1)|(0X1<<0X2)|(0X1<<0X3)|(0X1<<0X4)|(0X1<<0X5));

writel(tmp,S3C64XX_GPMDAT);

}

功能：熄灭所有LED灯

参数：无

返回值：无

void AllLedOff(void)

{

//读出端口M数据寄存器(S3C64XX_GPMDAT)值，修改并写回端口寄存器

//add your code here

unsigned int tmp;

tmp =readl(S3C64XX_GPMDAT);

tmp &= ~((0X1<<0X0)|(0X1<<0X1)|(0X1<<0X2)|(0X1<<0X3)|(0X1<<0X4)|(0X1<<0X5));

tmp |= (0X1<<0X0)|(0X1<<0X1)|(0X1<<0X2)|(0X1<<0X3)|(0X1<<0X4)|(0X1<<0X5);

writel(tmp,S3C64XX_GPMDAT);

}

(2)和文件系统接口对接

static int s3c6410_led_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

//把之前的端口M控制寄存器值读出来保存起来

//调用LedConfig函数，把GPIO口配置成输出口

//add your code

old_gpmcon_val=readl(S3C64XX_GPMCON);

LedConfig();

renturn 0;

}

static int s3c6410_led _release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

//恢复之前的端口K控制寄存器初始值

//add your code

writel(old_gpmcon_val,S3C64XX_GPMCON);

renturn 0;

}

static long s3c6410_led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

{

switch(cmd)

{

case ON:

//点亮所有LED灯

//add your code

AllLedOn();

break;

case OFF:

//熄灭所有LED灯

//add your code

AllLedOff();

break;

}

struct file_operations led_fops=

{

.open=_ s3c6410_led_open___,

.release=_ s3c6410_led_release____,

. unlocked_ioctl=_ s3c6410_led_ioctl____,

};

(3)添加模块标记代码

static int __init led_dev_init(void)

{

leddevNo = _ register_chrdev(0,"leddev",&led_fops)__;//注册设备

if(leddevNo<=0)

{

printk("REGISTER LEDDEV FAIL\n");

return -1;

}

printk ("LED device initialized\n");

return 0;

}

static void __exit led_dev_exit(void)

{

//注销设备

//add your code

_ unregister_chrdev(leddevNo,"leddev")_;

}

module_init(led_dev_init);

module_exit(led_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("lic@njupt.");

5.2 编写Makefile并加载到内核

（1）编写Makefile如下：

obj-m:=__ leddrv.o_______

all:

make -C _ /opt/FriendlyARM/linux-2.6.38 __SUBDIRS=$(shell pwd) modules

clean:

rm -rf *.ko *.o

(3) 编译

使用命令编译：

__#make________________________________

编译完成后生成驱动文件_leddrv.ko________。

(4) 加载驱动

将驱动搬运到开发板上【参考文档04- Tiny6410 Linux开发指南.pdf的1.9.1节】

使用命令进行驱动加载__#insmod leddrv.ko_____。

(5)创建设备文件，将驱动设备号和设备文件名关联

查看/proc/devices文件，得到系统为LED设备分配的设备号为_253___。

创建设备节点，相关命令为:

_#mknod /dev/leddev c 253 0_____。

备注：

5.3 编写应用程序

任务：要求每5秒点亮所有的LED灯，然后熄灭，过5秒再点亮LED灯

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/ioctl.h>

#define ON 1

#define OFF 0

void main()

{

int fd;

fd=open(_”/dev/leddev”___,O_RDWR);

if(fd<0)

exit(1);

while(1)

{

//点亮LED灯

ioctl(fd, ON);

sleep(5);

//熄灭LED灯

_ ioctl(fd, OFF);___

sleep(5);

}

close (fd);

}

编译应用程序命令为：

_#arm-linux-gcc -o ledapp ledapp.c_____。

将应用程序加载到开发板上【具体方法参考文档04- Tiny6410 Linux开发指南.pdf的1.9.1节】，并修改权限，命令为：

#chmod +x ledapp

测试应用程序，命令为_#./ledapp____：

测试LED灯变化规律为：

____LED灯以10秒为周期亮灭，其中点亮5秒，然后熄灭5秒，循环往复___________

5.4 按照现在的驱动设计，假设要完成LED跑马灯实验，请问是否可行_B__[A.可行 B.不可行]。如果不可行的话，应该怎样改造驱动代码和应用程序。

驱动代码修改部分：

略

应用程序修改部分：

略

六. 实验5.2步骤

6.1 实验预备知识

（1）相关硬件

看门狗硬件主要用于监控系统软件或者应用软件是否发生故障，如发生故障则可以通过发出硬件复位信号，使得系统能够重启，如果再配合相关自动加载应用程序等措施，则可以保证应用程序在发生故障后能够自恢复和重启。

看门狗硬件由看门狗控制器组成，位于S3C6410处理器内部，无须处理器外其它硬件配合，因此仅需直接编程端口寄存器，并封装成文件系统接口即可。

（2）端口寄存器及相关操作

在内核代码文件中已经定义好看门狗相关端口寄存器对应的虚地址，见/opt/FriendlyARM/linux-2.6.38/arch/arm/plat-samsung/include/plat/regs-watchdog.h，如下：

#define S3C2410_WTCON S3C_WDOGREG(0x00)

#define S3C2410_WTDAT S3C_WDOGREG(0x04)

#define S3C2410_WTCNT S3C_WDOGREG(0x08)

读寄存器函数

readl(寄存器虚地址);

写寄存器函数

writel(值(无符号整型), 寄存器虚地址);

6.2 看门狗驱动代码（s3c6410_wdtdrv.c）设计

(1)头文件包含和相关宏定义

#include <linux/module.h>

#include <linux/moduleparam.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/timer.h>

#include <linux/miscdevice.h>

#include <linux/watchdog.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/platform_device.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/clk.h>

#include <linux/uaccess.h>

#include <linux/io.h>

#include <linux/cpufreq.h>

#include <linux/slab.h>

#include <mach/map.h>

#include <plat/regs-watchdog.h>

unsigned int old_wdtcon_val;

int wdtdevNo;

(2)编写驱动接口函数

功能：打开看门狗，允许复位，禁止看门狗中断，并设置看门狗最长看门时间

参数：无

返回值：无

void WdtConfig(void)

{

//读出看门狗控制寄存器S3C2410_WTCON，保存原值，并按照要求修改

//最后写回看门狗端口控制寄存器S3C2410_WTCON

//add your code

unsigned int tmp;

tmp=(0XFF<<8)|(0X0<<6)|(0X1<<5)|(0X2<<3)|(0XFF<<8)|(0X0<<2)|(0X1<<1)|(0XFF<<8)|(0X1<<0);

writel(tmp,S3C2410_WTCON);

}

(2)和文件系统接口对接

static int s3c6410_wdt_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

//打开看门狗，允许复位，禁止看门狗中断，并设置看门狗最长看门时间

//add your code

old_wdtcon_val=readl(S3C2410_WTCON);

WdtConfig();

}

static ssize_t s3c6410_wdt_write(struct file *file, const char __user *data,size_t len, loff_t *ppos)

{

//把data指针所指向的用户空间值更新到看门狗计数寄存器S3C2410_WTCNT中

//add your code

unsigned int val;

copy_from_user(&val,data,4);

writel(val,S3C2410_WTCNT);

return 0;

}

static int s3c6410_wdt_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

//恢复之前的看门狗端口控制寄存器的原始值

//add your code

writel(old_wdtcon_val,S3C2410_WTCON);

return 0;

}

struct file_operations wdt_fops=

{

.open=_ s3c6410_wdt_open__,

.release=_ s3c6410_wdt_release_,

. write=_ s3c6410_wdt_write_,

};

(3)添加模块标记代码

static int __init wdt_dev_init(void)

{

int ret;

ret = _ register_chrdev(0,"wdtdev",&wdt_fops)__;//注册设备

printk (DEVICE_NAME"\tinitialized\n");

return ret;

}

static void __exit wdt_dev_exit(void)

{

//注销设备

//add your code

_ unregister_chrdev(wdtdevNo,"wdtdev");__

}

module_init(wdt_dev_init);

module_exit(wdt_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("lic@njupt.");

5.2 编写Makefile并加载到内核

（1）编写Makefile如下：

obj-m:=__ wdtdrv.o____

all:

make -C _ /opt/FriendlyARM/linux-2.6.38___SUBDIRS=$(shell pwd) modules

clean:

rm -rf *.ko *.o

(3) 编译

使用命令编译：

_#make_______________

编译完成后生成驱动文件__wdtdrv.ko______。

(3) 加载驱动

使用命令进行驱动加载__# insmod wdtdrv.ko__。

（4）创建设备文件，将驱动设备号和设备文件名关联

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