ZYNQ学习笔记-LINUX篇-字符设备驱动控制AXI-GPIO

ZYNQ 学习笔记

硬件平台：zynq-7000 & xc7z100ffg900-2
linux开发平台：ubuntu16.04.4 LTS
zynq-linux内核：linux-xlnx-xilinx-v2017.4

LINUX篇

字符设备驱动控制AXI-GPIO

一、准备工作

1. 确保已经安装好交叉编译器gcc-arm-linux-gnueabihf。

   sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf
   sudo apt-get update
   sudo apt-get upgrade
   

2. 准备好zynq-linux内核，这里使用linux-xlnx-xilinx-v2017.4，路径设置为/home/user/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2017.4（此路径仅作参考，和驱动的Makefile中路径一致即可）。进入内核目录，对顶层Makefile修改，将250行左右的编译指令重新设置：

   # ARCH			?= $(SUBARCH)
   # CROSS_COMPILE	?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
   # user add: change the value, to avoid long command input 
   ARCH			?= arm
   CROSS_COMPILE	?= arm-linux-gnueabihf-
   

   为了确保编译过程顺利进行，将内核文件更改用户为自己：

   cd /home/user/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2017.4 	//进入内核目录
   sudo chown -R user:user * 								//更改对当前目录下所有文件生效
   

   随后可以开始编译内核：

   make clean 					//第一次编译前清理一下
   make xilinx_zynq_defconfig 	//配置linux内核
   make -j8 					//根据自己cpu核心数量进行多核编译
   

3. 获取AXI-GPIO的内存地址，可在vivado-Address Editor或xilink SDK-system.mss中查看。
   

二、字符设备驱动编写

1. 创建led_mod.c、ledApp.c文件，并编写程序。这里程序参考《正点原子ZYNQ-LED开发实验教程》，有所不同的是这里由于使用AXI-GPIO，控制设备时无需配置寄存器等，获取地址后直接写入、读取即可。

   /* led_mod.c */
   #include <linux/types.h>
   #include <linux/kernel.h>
   #include <linux/delay.h>
   #include <linux/ide.h>
   #include <linux/init.h>
   #include <linux/module.h>
   #include <linux/errno.h>
   #include <linux/gpio.h>
   #include <asm/mach/map.h>
   #include <asm/uaccess.h>
   #include <asm/io.h>
   #define LED_MAJOR		200			/* 主设备号 */
   #define LED_NAME		"axi-led"		/* 设备名字 */
   
   #define ZYNQ_AXI_GPIO_0_BASE    0x41210000
   static void __iomem *data_addr; /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
   
   static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
   {
   	return 0;
   }
   static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
   			size_t cnt, loff_t *offt)
   {
   	return 0;
   }
   static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
   			size_t cnt, loff_t *offt)
   {
   	int ret;
   	int val;
   	char kern_buf[1];
   	ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt);	// 得到应用层传递过来的数据
   	if(0 > ret) {
   		printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r\n");
   		return -EFAULT;
   	}
   	val = readl(data_addr);
   	printk("write-read:0x%x\r\n", val);
   	val = kern_buf[0];
   	printk("write 0x%x now\r\n", val);
   	writel(val, data_addr);
   	return 0;
   }
   static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
   {
   	return 0;
   }
   static struct file_operations led_fops = {
   	.owner		= THIS_MODULE,
   	.open		= led_open,
   	.read		= led_read,
   	.write		= led_write,
   	.release	= led_release,
   };
   static int __init led_init(void)
   {
   	u32 val;
   	int ret;
   	/* 1.寄存器地址映射 */
   	data_addr = ioremap(ZYNQ_AXI_GPIO_0_BASE, 4);
   	/* 7.注册字符设备驱动 */
   	ret = register_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME, &led_fops);
   	if(0 > ret){
   		printk(KERN_ERR "Register LED driver failed!\r\n");
   		return ret;
   	}
   	printk("led-mod init now\r\n");
   	return 0;
   }
   static void __exit led_exit(void)
   {
   	/* 1.卸载设备 */
   	unregister_chrdev(LED_MAJOR, LED_NAME);
   	/* 2.取消内存映射 */
   	iounmap(data_addr);
   	printk("led-mod exit\r\n");
   }
   /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
   module_init(led_init);
   module_exit(led_exit);
   MODULE_AUTHOR("mlia");
   MODULE_DESCRIPTION("ZYNQ AXI-GPIO LED Test Driver");
   MODULE_LICENSE("GPL");
   

   /* ledApp.c */
   #include <stdio.h>
   #include <unistd.h>
   #include <sys/types.h>
   #include <sys/stat.h>
   #include <fcntl.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <string.h>
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       int fd, ret;
       unsigned char buf[1];
       if(3 != argc) {
           printf("Usage:\n"
           "\t./ledApp /dev/led 1 @ close LED\n"
           "\t./ledApp /dev/led 0 @ open LED\n"
           );
           return -1;
       }
       /* 打开设备 */
       fd = open(argv[1], O_RDWR);
       if(0 > fd) {
           printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
           return -1;
       }
       /* 将字符串转换为int型数据 */
       buf[0] = atoi(argv[2]);
       /* 向驱动写入数据 */
       ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
       if(0 > ret){
           printf("LED Control Failed!\r\n");
           close(fd);
           return -1;
       }
       /* 关闭设备 */
       close(fd);
       return 0;
   }
   

2. 编写Makefile¹以进行模块编译：

   KERN_DIR := /home/user/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2017.4
   obj-m := led_mod.o
   all:
   	make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
   clean:
   	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
   

3. 编译输出.ko与执行文件：

   make 										//输出.ko文件
   arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp 	//输出测试程序
   

三、测试与实验

1. 开启开发板，这里使用nfs共享文件。

   mount -t nfs -o nolock 192.168.0.116:/home/user/nfs /mnt
   

2. 加载模块，这里使用动态加载驱动模块，进入.ko等文件路径：

   insmod led_mod.ko 					//加载模块
   mknod /dev/led c 200 0 				//创建设备节点
   ls /dev 							//查看节点是否创建成功
   ./ledApp /dev/led 1 				//写入值,此时led1应被点亮
   ./ledApp /dev/led 15 				//写入值,此时led1~4应被点亮
   ./ledApp /dev/led 16 				//写入值,此时led1~4均熄灭（axi-gpio虽有4byte宽度,但只关注width位的值）
   rmmod led_mod 						//测试完成,卸载驱动
   dmesg | tail 						//查看一下测试过程中的printk信息
   

四、总结

至此，测试完全结束。