第四十六章Linux蜂鳴器實驗
上一章實驗中我們藉助pinctrl和gpio子系統編寫了LED燈驅動，I.MX6U-ALPHA開發板上還有一個蜂鳴器，從軟體的角度考慮，蜂鳴器驅動和LED燈驅動其實是一摸一樣的，都是控制IO輸出高低電平。本章我們就來學習編寫蜂鳴器的Linux驅動，也算是對上一章講解的pinctrl和gpio子系統的鞏固。
46.1蜂鳴器驅動原理蜂鳴器驅動原理已經在第十四章有了詳細的講解，I.MX6U-ALPHA開發板上的蜂鳴器通過SNVS_TAMPER1引腳來控制，本節我們來看一下如果在Linux下編寫蜂鳴器驅動需要做哪些工作：
①、在裝置樹中新增SNVS_TAMPER1引腳的pinctrl資訊。
②、在裝置樹中建立蜂鳴器節點，在蜂鳴器節點中加入GPIO資訊。
接下來我們就根據上面這三步來編寫蜂鳴器Linux驅動。
46.2硬體原理圖分析本章實驗硬體原理圖參考14.3小節即可。
46.3實驗程式編寫本實驗對應的例程路徑為：開發板光碟->2、Linux驅動例程->6_beep。
本章實驗在四十二章實驗的基礎上完成，重點是將驅動改為基於裝置樹的.
46.3.1 修改裝置樹檔案1、新增pinctrl節點
I.MX6U-ALPHA開發板上的BEEP使用了SNVS_TAMPER1這個PIN，開啟imx6ull-alientek-emmc.dts，在iomuxc節點的imx6ul-evk子節點下建立一個名為“pinctrl_beep”的子節點，節點內容如下所示：
示例程式碼46.3.1.1 SNVS_TAMPER1 pinctrl節點
1 pinctrl_beep: beepgrp {
2 fsl,pins =<
3 MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10B0/* beep */
4>;
5};
第3行，將SNVS_TAMPER1這個PIN複用為GPIO5_IO01，巨集MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01定義在arch/arm/boot/dts/imx6ull-pinfunc-snvs.h檔案中。
2、新增BEEP裝置節點
在根節點“/”下建立BEEP節點，節點名為“beep”，節點內容如下：
示例程式碼46.3.1.2 建立BEEP蜂鳴器節點
1 beep {
2 #address-cells =<1>;
3 #size-cells =<1>;
4 compatible ="atkalpha-beep";
5 pinctrl-names ="default";
6 pinctrl-0=<&pinctrl_beep>;
7 beep-gpio =<&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
8 status ="okay";
9};
第6行，pinctrl-0屬性設定蜂鳴器所使用的PIN對應的pinctrl節點。
第7行，beep-gpio屬性指定了蜂鳴器所使用的GPIO。
3、檢查PIN是否被其他外設使用
在本章實驗中蜂鳴器使用的PIN為SNVS_TAMPER1，因此先檢查PIN為SNVS_TAMPER1這個PIN有沒有被其他的pinctrl節點使用，如果有使用的話就要遮蔽掉，然後再檢查GPIO5_IO01這個GPIO有沒有被其他外設使用，如果有的話也要遮蔽掉。
裝置樹編寫完成以後使用“makedtbs”命令重新編譯裝置樹，然後使用新編譯出來的imx6ull-alientek-emmc.dtb檔案啟動Linux系統。啟動成功以後進入“/proc/device-tree”目錄中檢視“beep”節點是否存在，如果存在的話就說明裝置樹基本修改成功(具體還要驅動驗證)，結果如圖46.3.1.1所示
46.3.2 蜂鳴器驅動程式編寫裝置樹準備好以後就可以編寫驅動程式了，本章實驗在第四十五章實驗驅動檔案gpioled.c的基礎上修改而來。新建名為“6_beep”的資料夾，然後在6_beep資料夾裡面建立vscode工程，工作區命名為“beep”。工程建立好以後新建beep.c檔案，在beep.c裡面輸入如下內容：
示例程式碼46.3.2.1 beep.c檔案程式碼段
1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of.h>
12 #include <linux/of_address.h>
13 #include <linux/of_gpio.h>
14 #include <asm/mach/map.h>
15 #include <asm/uaccess.h>
16 #include <asm/io.h>
17/***************************************************************
18 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
19檔名 : beep.c
20作者 : 左忠凱
21版本 : V1.0
22描述 : 蜂鳴器驅動程式。
23其他 : 無
24論壇 : www.openedv.com
25 日誌 : 初版V1.0 2019/7/15 左忠凱建立
26 ***************************************************************/
27 #define BEEP_CNT 1 /* 裝置號個數 */
28 #define BEEP_NAME "beep" /* 名字 */
29 #define BEEPOFF 0 /* 關蜂鳴器 */
30 #define BEEPON 1 /* 開蜂鳴器 */
31
32
33/* beep裝置結構體 */
34struct beep_dev{
35 dev_t devid; /* 裝置號 */
36struct cdev cdev; /* cdev */
37struct class *class; /* 類 */
38struct device *device; /* 裝置 */
39int major; /* 主裝置號 */
40int minor; /* 次裝置號 */
41struct device_node *nd; /* 裝置節點 */
42int beep_gpio; /* beep所使用的GPIO編號 */
43};
44
45struct beep_dev beep; /* beep裝置 */
46
47/*
48 * @description : 開啟裝置
49 * @param – inode : 傳遞給驅動的inode
50 * @param - filp : 裝置檔案，file結構體有個叫做private_data的成員變數
51 * 一般在open的時候將private_data指向裝置結構體。
52 * @return : 0 成功;其他失敗
53 */
54staticint beep_open(struct inode *inode,struct file *filp)
55{
56 filp->private_data =&beep; /* 設定私有資料 */
57return0;
58}
59
60/*
61 * @description : 向裝置寫資料
62 * @param - filp : 裝置檔案，表示開啟的檔案描述符
63 * @param - buf : 要寫給裝置寫入的資料
64 * @param - cnt : 要寫入的資料長度
65 * @param - offt : 相對於檔案首地址的偏移
66 * @return : 寫入的位元組數，如果為負值，表示寫入失敗
67 */
68static ssize_t beep_write(struct file *filp,constchar __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
69{
70int retvalue;
71unsignedchar databuf[1];
72unsignedchar beepstat;
73struct beep_dev *dev = filp->private_data;
74
75 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
76if(retvalue <0){
77 printk("kernel write failed!\\r\\n");
78return-EFAULT;
79}
80
81 beepstat = databuf[0]; /* 獲取狀態值 */
82
83if(beepstat == BEEPON){
84 gpio_set_value(dev->beep_gpio,0);/* 開啟蜂鳴器 */
85}elseif(beepstat == BEEPOFF){
86 gpio_set_value(dev->beep_gpio,1);/* 關閉蜂鳴器 */
87}
88return0;
89}
90
91/*
92 * @description : 關閉/釋放裝置
93 * @param - filp : 要關閉的裝置檔案(檔案描述符)
94 * @return : 0 成功;其他失敗
95 */
96staticint beep_release(struct inode *inode,struct file *filp)
97{
98return0;
99}
100
101/* 裝置操作函式 */
102staticstruct file_operations beep_fops ={
103.owner = THIS_MODULE,
104.open = beep_open,
105.write = beep_write,
106.release = beep_release,
107};
108
109/*
110 * @description : 驅動入口函式
111 * @param : 無
112 * @return : 無
113 */
114staticint __init beep_init(void)
115{
116int ret =0;
117
118/* 設定BEEP所使用的GPIO */
119/* 1、獲取裝置節點：beep */
120 beep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
121if(beep.nd ==NULL){
122 printk("beep node not find!\\r\\n");
123return-EINVAL;
124}else{
125 printk("beep node find!\\r\\n");
126}
127
128/* 2、獲取裝置樹中的gpio屬性，得到BEEP所使用的GPIO編號 */
129 beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd,"beep-gpio",0);
130if(beep.beep_gpio <0){
131 printk("can't get beep-gpio");
132return-EINVAL;
133}
134 printk("led-gpio num = %d\\r\\n", beep.beep_gpio);
135
136/* 3、設定GPIO5_IO01為輸出，並且輸出高電平，預設關閉BEEP */
137 ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio,1);
138if(ret <0){
139 printk("can't set gpio!\\r\\n");
140}
141
142/* 註冊字元裝置驅動 */
143/* 1、建立裝置號 */
144if(beep.major){ /* 定義了裝置號 */
145 beep.devid = MKDEV(beep.major,0);
146 register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
147}else{ /* 沒有定義裝置號 */
148 alloc_chrdev_region(&beep.devid,0, BEEP_CNT, BEEP_NAME);
149 beep.major = MAJOR(beep.devid); /* 獲取分配號的主裝置號 */
150 beep.minor = MINOR(beep.devid); /* 獲取分配號的次裝置號 */
151}
152 printk("beep major=%d,minor=%d\\r\\n",beep.major, beep.minor);
153
154/* 2、初始化cdev */
155 beep.cdev.owner = THIS_MODULE;
156 cdev_init(&beep.cdev,&beep_fops);
157
158/* 3、新增一個cdev */
159 cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT);
160
161/* 4、建立類 */
162 beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME);
163if(IS_ERR(beep.class)){
164return PTR_ERR(beep.class);
165}
166
167/* 5、建立裝置 */
168 beep.device = device_create(beep.class,NULL, beep.devid,NULL,
BEEP_NAME);
169if(IS_ERR(beep.device)){
170return PTR_ERR(beep.device);
171}
172
173return0;
174}
175
176/*
177 * @description : 驅動出口函式
178 * @param : 無
179 * @return : 無
180 */
181staticvoid __exit beep_exit(void)
182{
183/* 登出字元裝置驅動 */
184 cdev_del(&beep.cdev); /* 刪除cdev */
185 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); /* 登出裝置號 */
186
187 device_destroy(beep.class, beep.devid);
188 class_destroy(beep.class);
189}
190
191 module_init(beep_init);
192 module_exit(beep_exit);
193 MODULE_LICENSE("GPL");
194 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
beep.c中的內容和上一章的gpioled.c中的內容基本一樣，只是換為了初始化SNVS_TAMPER1這個PIN，這裡就不詳細的講解了。
46.3.3編寫測試APP測試APP在上一章實驗的ledApp.c檔案的基礎上完成，新建名為beepApp.c的檔案，然後輸入如下所示內容：
示例程式碼46.3.3.1 beepApp.c檔案
1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8/***************************************************************
9 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
10檔名 : beepApp.c
11作者 : 左忠凱
12版本 : V1.0
13描述 : beep測試APP。
14其他 : 無
15使用方法 ：./beepApp /dev/beep 0 關閉蜂鳴器
16 ./beepApp /dev/beep 1 開啟蜂鳴器
17論壇 : www.openedv.com
18 日誌 : 初版V1.0 2019/7/15左忠凱建立
19 ***************************************************************/
20
21 #define BEEPOFF 0
22 #define BEEPON 1
23
24/*
25 * @description : main主程式
26 * @param - argc : argv陣列元素個數
27 * @param - argv : 具體引數
28 * @return : 0 成功;其他失敗
29 */
30int main(int argc,char*argv[])
31{
32 int fd, retvalue;
33 char*filename;
34 unsignedchar databuf[1];
35
36 if(argc !=3){
37 printf("Error Usage!\\r\\n");
38 return-1;
39 }
40
41 filename = argv[1];
42
43 /* 開啟beep驅動 */
44 fd = open(filename, O_RDWR);
45 if(fd <0){
46 printf("file %s open failed!\\r\\n", argv[1]);
47 return-1;
48 }
49
50 databuf[0]= atoi(argv[2]);/* 要執行的操作：開啟或關閉 */
51
52 /* 向/dev/beep檔案寫入資料 */
53 retvalue = write(fd, databuf,sizeof(databuf));
54 if(retvalue <0){
55 printf("BEEP Control Failed!\\r\\n");
56 close(fd);
57 return-1;
58 }
59
60 retvalue = close(fd);/* 關閉檔案 */
61 if(retvalue <0){
62 printf("file %s close failed!\\r\\n", argv[1]);
63 return-1;
64 }
65 return0;
66}
beepApp.c的檔案內容和ledApp.c檔案內容基本一樣，要是對檔案進行開啟、寫、關閉等操作。
46.4執行測試46.4.1 編譯驅動程式和測試APP1、編譯驅動程式
編寫Makefile檔案，本章實驗的Makefile檔案和第四十章實驗基本一樣，只是將obj-m變數的值改為beep.o，Makefile內容如下所示：
示例程式碼46.4.1.1 Makefile檔案
1 KERNELDIR:= /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
......
4 obj-m := beep.o
......
11 clean:
12$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
第4行，設定obj-m變數的值為beep.o。
輸入如下命令編譯出驅動模組檔案：
make-j32
編譯成功以後就會生成一個名為“beep.ko”的驅動模組檔案。
2、編譯測試APP
輸入如下命令編譯測試beepApp.c這個測試程式：
arm-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp
編譯成功以後就會生成beepApp這個應用程式。
46.4.2 執行測試將上一小節編譯出來的beep.ko和beepApp這兩個檔案拷貝到rootfs/lib/modules/4.1.15目錄中，重啟開發板，進入到目錄lib/modules/4.1.15中，輸入如下命令載入beep.ko驅動模組：
depmod //第一次載入驅動的時候需要執行此命令
modprobe beep.ko //載入驅動
驅動載入成功以後會在終端中輸出一些資訊，如圖46.4.2.1所示：
從圖46.4.2.1可以看出，beep這個節點找到了，並且GPIO5_IO01這個GPIO的編號為129。使用beepApp軟體來測試驅動是否工作正常，輸入如下命令開啟蜂鳴器：
./beepApp /dev/beep 1 //開啟蜂鳴器
輸入上述命令，檢視I.MX6U-ALPHA開發板上的蜂鳴器是否有鳴叫，如果鳴叫的話說明驅動工作正常。在輸入如下命令關閉蜂鳴器：
./beepApp /dev/beep 0 //關閉蜂鳴器
輸入上述命令以後觀察I.MX6U-ALPHA開發板上的蜂鳴器是否停止鳴叫。如果要解除安裝驅動的話輸入如下命令即可：
rmmodbeep.ko