实现platform tree下的单总线协议驱动（Linux）
目录
1 开发环境
1.1 硬件系统参数
1.2 编译环境：Ubuntu
2 单总线协议驱动的实现
2.1 在内核的.dts文件
2.2 编写驱动代码
2.3 编写测试App
3 测试
1 开发环境
1.1 硬件系统参数
Linux内核: linux-imx-4.1.15-2.1.0-g3dc0a4b-v2.7.tar.bz2
硬件: ATK-DL6Y2C开发板(芯片型号： IMX6LL）
内核启动位置： eMMC
1.2 编译环境：Ubuntu
版本信息: 20.04.2
Linux version 5.15.0-84-generic (buildd@lcy02-amd64-005) (gcc (Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.2) 9.4.0, GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.34) #93~20.04.1-Ubuntu SMP Wed Sep 6 16:15:40 UTC 2023
linux kernel 版本信息： 4.1.15
交叉编译器版本信息： gcc version 4.9.4
2 单总线协议驱动的实现
本文以DS18B20芯片为例，实现platform tree类型的驱动程序。其具体实现步骤，参看以下章节内容。
2.1 在内核的.dts文件
在内核中的找到和板卡相关的.dts文件，并在该文件的根节点，添加和IO相关的配置。本人使用的板卡关联.dts文件地址为：
/home/mftang/linux_workspace/study_atk_dl6y2c/kernel/atk-dl6u2c/arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dts节点参数代码为：
// mftang: user's ds18b20, 2024-1-29
// IO: GPIO-4-PIN19
mftangds18b20s {
compatible = "atk-dl6y2c,testds18b20";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio_mftangds18b20>;
gpios = <&gpio4 19 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
status = "okay";
}; 在.dts文件中可以看见:
编译该文件后，通过NFS将生成的.dtb文件共享给开发板。.dtb在开发版中怎么应用？请参看文章：
如何在内核中.dts文件添加用户节点（Linux kernel）-CSDN博客
2.2 编写驱动代码
1) 编写驱动代码，本例程采用platform 驱动架构，其具体代码如下：
/***************************************************************
Copyright 2024-2029. All rights reserved.
文件名 : drv_07_tree_ds18b20.c
作者 : [email protected]
版本 : V1.0
描述 : ds18b20 驱动程序, GPIO4_PIN19-----ds18b20 port
其他 : 无
日志 : 初版V1.0 2024/1/29
使用方法：
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; //温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; //符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
Ds18b20Struc ds_struc;
void convert_temp()
{
read(fd, &ds_struc, sizeof(Ds18b20Struc));
printf("ds18b20 Value: %.02f, sign: %d \n", ds_struc.temperatureVal*0.0625,
ds_struc.sign);
}
***************************************************************/
#include
#include
#include
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#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define DEVICE_NAME "tree_ds18b20" // dev/treeds18b20
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; // 温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; // 符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
/* ds18b20dev设备结构体 */
struct ds18b20stru_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
struct device_node *node; /* 设备节点 */
struct gpio_desc *pin;
};
static wait_queue_head_t ds18b20_wq;
struct ds18b20stru_dev ds18b20dev; /* ds18b20设备 */
/* ds18b20 dirver */
static void tempudelay(int usecs)
{
int pre,last;
pre = ktime_get_boot_ns();
while(1){
last = ktime_get_boot_ns();
if( (last - pre) >= (usecs*1000))
break;
}
}
static int ds18b20_wait_for_ack(void)
{
int timeout_count = 500;
/* 如果是高电平,等待 */
while (gpiod_get_value( ds18b20dev.pin ) && --timeout_count)
{
udelay(1);
}
if (!timeout_count)
return -1;
/* 现在是低电平 */
timeout_count = 500;
while (!gpiod_get_value( ds18b20dev.pin ) && --timeout_count)
{
udelay(1);
}
if (!timeout_count)
return -1;
return 0;
}
static int ds18b20_check( void )
{
gpiod_direction_output(ds18b20dev.pin, 0);
tempudelay(480);
gpiod_direction_input(ds18b20dev.pin);
if (ds18b20_wait_for_ack())
{
return -1;
}
else
return 0;
}
static void ds18b20_write_byte( unsigned char byte)
{
unsigned char k;
// write data bit
for ( k = 0; k < 8; k++ )
{
if (byte & (1<sign = 0;
if (temp2 > 0x7f) //最高位为1时温度是负
{
temp1 = ~temp1; //补码转换，取反加一
temp2 = ~temp2+1;
pdsStruc->sign = 1;
}
//read tempeture value
tempval = ((temp2 << 8) | temp1);
printk(" [%s line %d ] read value: 0x%04x \r\n",__FUNCTION__, __LINE__, (u16)tempval);
pdsStruc->temperatureVal = tempval;
local_irq_restore(flags);
return true;
}
/*
linux driver 驱动接口：
实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体
*/
static ssize_t ds18b20_drv_read (struct file *file, char __user *buf,
size_t size, loff_t *offset)
{
Ds18b20Struc dsStruc;
bool result;
result = ds18b20_process( &dsStruc );
if( result ){
result = copy_to_user(buf, &dsStruc, sizeof(Ds18b20Struc));
}
return sizeof(Ds18b20Struc);
}
static int ds18b20_drv_close(struct inode *node, struct file *file)
{
printk(" %s line %d \r\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
static int ds18b20_drv_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &ds18b20dev; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
定义driver的file_operations结构体
*/
static struct file_operations ds18b20_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = ds18b20_drv_read,
.open = ds18b20_drv_open,
.release = ds18b20_drv_close,
};
/*
从platform_device获得GPIO
*/
static int ds18b20_probe(struct platform_device *pdev)
{
printk("ds18b20 driver and device was matched!\r\n");
/* 1. 获得硬件信息 */
ds18b20dev.pin = gpiod_get(&pdev->dev, NULL, GPIOD_OUT_HIGH);
if (IS_ERR(ds18b20dev.pin))
{
printk("%s line %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
/* 2. device_create */
device_create( ds18b20dev.class, NULL,
MKDEV( ds18b20dev.major, 0 ), NULL,
DEVICE_NAME); // device name
return 0;
}
static int ds18b20_remove(struct platform_device *pdev)
{
printk("%s line %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);
device_destroy( ds18b20dev.class, MKDEV( ds18b20dev.major, 0));
gpiod_put(ds18b20dev.pin);
return 0;
}
/*
match the gpio in .dtb
//mftang: user's ds18b20, 2024-1-26
// IO: GPIO-4-PIN19
userds18b20s {
compatible = "atk-dl6y2c,userds18b20s";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio_ds18b20>;
gpios = <&gpio4 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};
*/
static const struct of_device_id atk_dl6y2c_ds18b20[] = {
{ .compatible = "atk-dl6y2c,testds18b20" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver ds18b20_driver = {
.probe = ds18b20_probe,
.remove = ds18b20_remove,
.driver = {
.name = "atk_ds18b20",
.of_match_table = atk_dl6y2c_ds18b20,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init ds18b20_init(void)
{
printk("%s line %d\n",__FUNCTION__, __LINE__);
/* register file_operations */
ds18b20dev.major = register_chrdev(0,
DEVICE_NAME, /* device name */
&ds18b20_fops);
/* create the device class */
ds18b20dev.class = class_create(THIS_MODULE, "ds18b20_class");
if (IS_ERR(ds18b20dev.class)) {
printk("%s line %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev( ds18b20dev.major, DEVICE_NAME);
return PTR_ERR( ds18b20dev.class );
}
init_waitqueue_head(&ds18b20_wq);
return platform_driver_register(&ds18b20_driver);
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit ds18b20_exit(void)
{
printk("%s line %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&ds18b20_driver);
class_destroy(ds18b20dev.class);
unregister_chrdev(ds18b20dev.major, DEVICE_NAME);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节*/
module_init(ds18b20_init);
module_exit(ds18b20_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("[email protected]");
2）编写驱动代码的Makefile
PWD := $(shell pwd)
KERNEL_DIR=/home/mftang/linux_workspace/study_atk_dl6y2c/kernel/atk-dl6u2c
ARCH=arm
CROSS_COMPILE=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
export ARCH CROSS_COMPILE
obj-m:= drv_07_tree_ds18b20.o
all:
$(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.order *.symvers2.3 编写测试App
1）编写测试代码，读取ds18b20温度数据，然后通过终端打印出来
/***************************************************************
Copyright 2024-2029. All rights reserved.
文件名 : test_07_tree_ds18b20.c
作者 : [email protected]
版本 : V1.0
描述 : ds18b20 driver 测试程序,用于测试 drv_07_tree_ds18b20
日志 : 初版V1.0 2024/1/28
使用方法 : ./test_07_tree_ds18b20
***************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define devices "/dev/tree_ds18b20"
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; //温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; //符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
void convert_temp( Ds18b20Struc *pStru , int count )
{
printf("%04d -- ds18b20 Value: %.02f, sign: %d \n", count,
pStru->temperatureVal*0.0625,
pStru->sign);
}
int main(void)
{
int fd;
int count_run = 0;
int len;
Ds18b20Struc ds_struc;
fd = open(devices, 0);
if (fd == -1){
printf("can not open file: %s \n", devices);
return -1;
}
while( count_run < 10000)
{
len = read(fd, &ds_struc, sizeof(Ds18b20Struc));
count_run++;
if (len > 0) {
convert_temp(&ds_struc, count_run);
}
else {
perror("read ds18b20 device fail!\n");
}
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}
2) 编写Makefile
CFLAGS= -Wall -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip
test_07_tree_ds18b20: test_07_tree_ds18b20.o
$(CC) $(CFLAGS) -o test_07_tree_ds18b20 test_07_tree_ds18b20.o
$(STRIP) -s test_07_tree_ds18b20
clean:
rm -f test_07_tree_ds18b20 test_07_tree_ds18b20.o
3 测试
编译测试代码和驱动代码，然后把生成的文件copy到NFS共享目录下，登录开发板后，安装驱动，然后运行测试程序。
step-1: 安装驱动
step-2: 运行测试App
可以看App能正确的调用驱动程序，且能正确的去取DS18B20的值
