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1)实验平台:正点原子领航者V2 ZYNQ开发板
2) 章节摘自【正点原子】《领航者ZYNQ之嵌入式Linux开发指南_V2.0》
3)购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609032204975
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第二十八章 Linux蜂鸣器驱动实验
上一章实验中我们借助gpio子系统编写了LED灯驱动,领航者开发板上还有一个蜂鸣器,从软件的角度考虑,蜂鸣器驱动和LED灯驱动其实是一摸一样的,都是控制IO输出高低电平。本章我们就来学习编写蜂鸣器的Linux驱动,也算是对上一章讲解的gpio子系统的巩固。
1.1有源蜂鸣器简介
蜂鸣器常用于计算机、打印机、报警器、电子玩具等电子产品中,常用的蜂鸣器有两种:有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,这里的有“源”不是电源,而是震荡源,有源蜂鸣器内部带有震荡源,所以有源蜂鸣器只要通电就会叫。无源蜂鸣器内部不带震荡源,直接用直流电是驱动不起来的,需要2K-5K的方波去驱动。领航者开发板使用的是有源蜂鸣器,因此只要给其供电就会工作,开发板所使用的有源蜂鸣器如下图所示:
图 28.1.1 有源蜂鸣器
有源蜂鸣器只要通电就会叫,所以我们可以做一个供电电路,这个供电电路可以由一个IO来控制其通断,一般使用三极管来搭建这个电路。为什么我们不能像控制LED灯一样,直接将GPIO接到蜂鸣器的负极,通过IO输出高低来控制蜂鸣器的通断。因为蜂鸣器工作的电流比LED灯要大,直接将蜂鸣器接到开发板的GPIO上有可能会烧毁IO,所以我们需要通过一个三极管来间接的控制蜂鸣器的通断,相当于加了一层隔离。本章我们就驱动开发板上的有源蜂鸣器,使其周期性的“滴、滴、滴…..”鸣叫。
本节我们来看一下如果在Linux下编写蜂鸣器驱动需要做哪些工作:
①在设备树中创建蜂鸣器节点beeper;
②在蜂鸣器节点beeper中指定gpio;
③编写驱动程序和测试APP,和第二十七章的LED驱动程序和测试APP基本一样。
接下来我们就根据上面这三步来编写蜂鸣器Linux驱动程序。
1.2硬件原理图分析
打开领航者底板原理图文件,找到蜂鸣器电路原理图,如下所示:
图 28.2.1 蜂鸣器原理图
图 28.2.1中通过一个NPN型的三极管S8050来驱动蜂鸣器,通过BEEP这个IO来控制三极管Q1的导通,当BEEP输出高电平的时候Q1导通,相当于蜂鸣器的负极连接到GND,蜂鸣器形成一个通路,因此蜂鸣器会鸣叫。同理,当BEEP输出低电平的时候Q1不导通,那么蜂鸣器就没有形成一个通路,因此蜂鸣器也就不会鸣叫。
在原理图中搜索“BEEP”标号,可知BEEP连接到了ZYNQ的M14引脚,如下图所示:
图 28.2.2 BEEP管脚
M14并不是MIO引脚,而是PL端的IO引脚,但是PS可以通过EMIO来连接PL端引脚,关于MIO和EMIO的详细内容请大家阅读《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的第二和第三章的内容,这里就不给大家做过多的介绍。
本篇驱动开发篇使用的hdf文件对应的vivado工程,是笔者配置的,使能了EMIO,并将M14引脚绑定到了EMIO,如下所示:
图 28.2.3 EMIO连接G18引脚
所以由上面可以知道,M14连接到了EMIO的第7个引脚emio[6],由于EMIO对应的GPIO起始编号是从54开始的,所以由此可知emio[6]对应的就是GPIO 60(54 + 6),关于MIO和EMIO编号的问题在《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的第二和第三章有详细的说明。
所以目标很明确了,蜂鸣器就是通过GPIO 60控制的,那么在我们的驱动代码当中就是对GPIO 60进行控制从而控制蜂鸣器鸣叫和关闭。
1.3实验程序编写
本实验对应的例程路径为:ZYNQ开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\6_beeper。
本章也是直接在前面的实验当中进行修改。
1.3.1修改设备树文件
打开system-top.dts文件,在根节点“/”下创建一个名为beeper的节点,节点内容如下:
- 示例代码 28.3.1 system-top.dts蜂鸣器节点beeper
- 42 beeper {
- 43 compatible = "alientek,beeper";
- 44 status = "okay";
- 45 default-state = "off";
- 46 beeper-gpio = <&gpio0 60 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
- 47 };
复制代码 第43行,设置beeper节点的compatible属性为“alientek,beeper”,我们在驱动代码中会区匹配这个属性的值。
第45行,将default-state属性的值设置为“off”,我们在代码中会根据default-state属性的值来设置蜂鸣器的初始化状态。
第46行,beeper-gpio属性指定所需的GPIO。
设备树编写完成以后使用下面这条命令重新编译设备树,如下所示:
图 28.3.1 重新编译设备树
将编译出来的system-top.dtb文件重命名为system.dtb,然后将system.dtb文件拷贝到开发板SD启动卡的FAT分区,替换旧的dtb文件。替换成功之后重新启动成功开发板,以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beeper”节点是否存在,如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证),结果如下图所示:
图 28.3.2 beeper节点
1.3.2蜂鸣器驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了,在我们的drivers目录下新建名为“6_beeper”的文件夹,然后在6_beeper文件中新建beeper.c文件,在beeper.c里面输入如下内容:
- 示例代码 28.3.2 beeper.c文件内容
- 1 /***************************************************************
- 2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
- 3 文件名 : beeper.c
- 4 作者 : 邓涛
- 5 版本 : V1.0
- 6 描述 : 领航者开发板蜂鸣器驱动文件。
- 7 其他 : 无
- 8 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
- 9 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
- 10 ***************************************************************/
- 11
- 12 #include <linux/types.h>
- 13 #include <linux/kernel.h>
- 14 #include <linux/delay.h>
- 15 #include <linux/ide.h>
- 16 #include <linux/init.h>
- 17 #include <linux/module.h>
- 18 #include <linux/errno.h>
- 19 #include <linux/gpio.h>
- 20 #include <asm/mach/map.h>
- 21 #include <asm/uaccess.h>
- 22 #include <asm/io.h>
- 23 #include <linux/cdev.h>
- 24 #include <linux/of.h>
- 25 #include <linux/of_address.h>
- 26 #include <linux/of_gpio.h>
- 27
- 28 #define BEEPER_CNT 1 /* 设备号个数 */
- 29 #define BEEPER_NAME "beeper" /* 名字 */
- 30
- 31 /* dtsled设备结构体 */
- 32 struct beeper_dev {
- 33 dev_t devid; /* 设备号 */
- 34 struct cdev cdev; /* cdev */
- 35 struct class *class; /* 类 */
- 36 struct device *device; /* 设备 */
- 37 int major; /* 主设备号 */
- 38 int minor; /* 次设备号 */
- 39 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
- 40 int gpio; /* LED所使用的GPIO编号 */
- 41 };
- 42
- 43 static struct beeper_dev beeper; /* led设备 */
- 44
- 45 /*
- 46 * @description : 打开设备
- 47 * @param – inode : 传递给驱动的inode
- 48 * @param – filp : 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
- 49 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
- 50 * @return : 0 成功;其他 失败
- 51 */
- 52 static int beeper_open(struct inode *inode, struct file *filp)
- 53 {
- 54 return 0;
- 55 }
- 56
- 57 /*
- 58 * @description : 从设备读取数据
- 59 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
- 60 * @param – buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
- 61 * @param – cnt : 要读取的数据长度
- 62 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
- 63 * @return : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
- 64 */
- 65 static ssize_t beeper_read(struct file *filp, char __user *buf,
- 66 size_t cnt, loff_t *offt)
- 67 {
- 68 return 0;
- 69 }
- 70
- 71 /*
- 72 * @description : 向设备写数据
- 73 * @param – filp : 设备文件,表示打开的文件描述符
- 74 * @param – buf : 要写给设备写入的数据
- 75 * @param – cnt : 要写入的数据长度
- 76 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
- 77 * @return : 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
- 78 */
- 79 static ssize_t beeper_write(struct file *filp, const char __user *buf,
- 80 size_t cnt, loff_t *offt)
- 81 {
- 82 int ret;
- 83 char kern_buf[1];
- 84
- 85 ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
- 86 if(0 > ret) {
- 87 printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r\n");
- 88 return -EFAULT;
- 89 }
- 90
- 91 if (0 == kern_buf[0])
- 92 gpio_set_value(beeper.gpio, 0); // 如果传递过来的数据是0则关闭led
- 93 else if (1 == kern_buf[0])
- 94 gpio_set_value(beeper.gpio, 1); // 如果传递过来的数据是1则点亮led
- 95
- 96 return 0;
- 97 }
- 98
- 99 /*
- 100 * @description : 关闭/释放设备
- 101 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
- 102 * @return : 0 成功;其他 失败
- 103 */
- 104 static int beeper_release(struct inode *inode, struct file *filp)
- 105 {
- 106 return 0;
- 107 }
- 108
- 109 /* 设备操作函数 */
- 110 static struct file_operations beeper_fops = {
- 111 .owner = THIS_MODULE,
- 112 .open = beeper_open,
- 113 .read = beeper_read,
- 114 .write = beeper_write,
- 115 .release = beeper_release,
- 116 };
- 117
- 118 static int __init beeper_init(void)
- 119 {
- 120 const char *str;
- 121 int ret;
- 122
- 123 /* 1.获取beeper设备节点 */
- 124 beeper.nd = of_find_node_by_path("/beeper");
- 125 if(NULL == beeper.nd) {
- 126 printk(KERN_ERR "beeper: Failed to get beeper node\n");
- 127 return -EINVAL;
- 128 }
- 129
- 130 /* 2.读取status属性 */
- 131 ret = of_property_read_string(beeper.nd, "status", &str);
- 132 if(!ret) {
- 133 if (strcmp(str, "okay"))
- 134 return -EINVAL;
- 135 }
- 136
- 137 /* 2、获取compatible属性值并进行匹配 */
- 138 ret = of_property_read_string(beeper.nd, "compatible", &str);
- 139 if(0 > ret) {
- 140 printk(KERN_ERR "beeper: Failed to get compatible property\n");
- 141 return ret;
- 142 }
- 143
- 144 if (strcmp(str, "alientek,beeper")) {
- 145 printk(KERN_ERR "beeper: Compatible match failed\n");
- 146 return -EINVAL;
- 147 }
- 148
- 149 printk(KERN_INFO "beeper: device matching successful!\r\n");
- 150
- 151 /* 4.获取设备树中的beeper-gpio属性,得到蜂鸣器所使用的GPIO编号 */
- 152 beeper.gpio = of_get_named_gpio(beeper.nd, "beeper-gpio", 0);
- 153 if(!gpio_is_valid(beeper.gpio)) {
- 154 printk(KERN_ERR "beeper: Failed to get beeper-gpio\n");
- 155 return -EINVAL;
- 156 }
- 157
- 158 printk(KERN_INFO "beeper: beeper-gpio num = %d\r\n", beeper.gpio);
- 159
- 160 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
- 161 ret = gpio_request(beeper.gpio, "Beeper gpio");
- 162 if (ret) {
- 163 printk(KERN_ERR "beeper: Failed to request gpio num %d\n", beeper.gpio);
- 164 return ret;
- 165 }
- 166
- 167 /* 6.将gpio管脚设置为输出模式 */
- 168 gpio_direction_output(beeper.gpio, 0);
- 169
- 170 /* 7.设置蜂鸣器的初始状态 */
- 171 ret = of_property_read_string(beeper.nd, "default-state", &str);
- 172 if(!ret) {
- 173 if (!strcmp(str, "on"))
- 174 gpio_set_value(beeper.gpio, 1);
- 175 else
- 176 gpio_set_value(beeper.gpio, 0);
- 177 } else
- 178 gpio_set_value(beeper.gpio, 0);
- 179
- 180 /* 8.注册字符设备驱动 */
- 181 /* 创建设备号 */
- 182 if (beeper.major) {
- 183 beeper.devid = MKDEV(beeper.major, 0);
- 184 ret = register_chrdev_region(beeper.devid, BEEPER_CNT, BEEPER_NAME);
- 185 if (ret)
- 186 goto out1;
- 187 } else {
- 188 ret = alloc_chrdev_region(&beeper.devid, 0, BEEPER_CNT, BEEPER_NAME);
- 189 if (ret)
- 190 goto out1;
- 191
- 192 beeper.major = MAJOR(beeper.devid);
- 193 beeper.minor = MINOR(beeper.devid);
- 194 }
- 195
- 196 printk("beeper: major=%d,minor=%d\r\n", beeper.major, beeper.minor);
- 197
- 198 /* 初始化cdev */
- 199 beeper.cdev.owner = THIS_MODULE;
- 200 cdev_init(&beeper.cdev, &beeper_fops);
- 201
- 202 /* 添加一个cdev */
- 203 ret = cdev_add(&beeper.cdev, beeper.devid, BEEPER_CNT);
- 204 if (ret)
- 205 goto out2;
- 206
- 207 /* 创建类 */
- 208 beeper.class = class_create(THIS_MODULE, BEEPER_NAME);
- 209 if (IS_ERR(beeper.class)) {
- 210 ret = PTR_ERR(beeper.class);
- 211 goto out3;
- 212 }
- 213
- 214 /* 创建设备 */
- 215 beeper.device = device_create(beeper.class, NULL,
- 216 beeper.devid, NULL, BEEPER_NAME);
- 217 if (IS_ERR(beeper.device)) {
- 218 ret = PTR_ERR(beeper.device);
- 219 goto out4;
- 220 }
- 221
- 222 return 0;
- 223
- 224 out4:
- 225 class_destroy(beeper.class);
- 226
- 227 out3:
- 228 cdev_del(&beeper.cdev);
- 229
- 230 out2:
- 231 unregister_chrdev_region(beeper.devid, BEEPER_CNT);
- 232
- 233 out1:
- 234 gpio_free(beeper.gpio);
- 235
- 236 return ret;
- 237 }
- 238
- 239 static void __exit beeper_exit(void)
- 240 {
- 241 /* 注销设备 */
- 242 device_destroy(beeper.class, beeper.devid);
- 243
- 244 /* 注销类 */
- 245 class_destroy(beeper.class);
- 246
- 247 /* 删除cdev */
- 248 cdev_del(&beeper.cdev);
- 249
- 250 /* 注销设备号 */
- 251 unregister_chrdev_region(beeper.devid, BEEPER_CNT);
- 252
- 253 /* 释放GPIO */
- 254 gpio_free(beeper.gpio);
- 255 }
- 256
- 257 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
- 258 module_init(beeper_init);
- 259 module_exit(beeper_exit);
- 260
- 261 MODULE_AUTHOR("DengTao <<a href="mailto:773904075@qq.com">773904075@qq.com</a>>");
- 262 MODULE_DESCRIPTION("Alientek ZYNQ GPIO Beeper Driver");
- 263 MODULE_LICENSE("GPL");
复制代码 beep.c中的内容和上一章的gpioled.c中的内容基本一样,基本上就是改了下命名。
1.3.3编写测试APP
测试APP程序直接将上一章工程目录下的ledApp.c文件拷贝到当前实验目录,将其重命名为beeperApp.c即可。
1.4运行测试
1.4.1编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件,直接将上一章实验目录下的Makefile文件拷贝到本实验目录,修改Makefile文件,将obj-m变量的值改为beeper.o,修改完成之后Makefile内容如下所示:
- 示例代码 28.4.1 Makefile文件内容
- 1 KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
- 2
- 3 obj-m := beeper.o
- 4
- 5 all:
- 6 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
- 7
- 8 clean:
- 9 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
复制代码 第3行,设置obj-m变量的值为beeper.o。
修改完成之后保存退出,输入如下命令编译出驱动模块文件:
编译成功以后就会生成一个名为“beeper.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
输入如下命令编译测试beeperApp.c这个测试程序:
- arm-linux-gnueabihf-gcc beeperApp.c -o beeperApp
复制代码 编译成功以后就会生成beeperApp这个应用程序,最终在本章实验实验目录下有如下文件:
图 28.4.1 本章实验目录下的文件
1.4.2运行测试
将上一小节编译出来的beeper.ko和beeperApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中,然后重启开发板,进入到目录/lib/modules/4.14.0-xilinx目录,输入如下命令加载beeper.ko驱动模块:
- depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
- modprobe beep.ko //加载驱动
复制代码 驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息,如下图所示:
图 28.4.2 加载beeper.ko驱动模块
从图 28.4.2中可以看出,在内核驱动中获取到的GPIO0_60的编号为963,使用beeperApp软件来测试驱动是否工作正常,输入如下命令打开蜂鸣器:
- ./beeperApp /dev/beeper 1 //打开蜂鸣器
复制代码 执行上述命令之后,开发板的蜂鸣器是会鸣叫的,如果鸣叫的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭蜂鸣器:
- ./beeperApp /dev/beeper 0 //关闭蜂鸣器
复制代码 执行上述命令后,开发板的蜂鸣器会停止鸣叫。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可:
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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!
你熬了10碗粥,别人一桶水倒进去,淘走90碗,剩下10碗给你,你看似没亏,其实你那10碗已经没有之前的裹腹了,人家的一桶水换90碗,继续卖。说白了,通货膨胀就是,你的钱是挣来的,他的钱是印来的,掺和在一起,你的钱就贬值了。
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