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Platform + 设备树 LED 驱动开发

破碎的山岚2025/9/24大约 5 分钟linux

Platform + 设备树 LED 驱动开发

一、驱动框架的整体思路

倒推法：从 module_init() 出发，一步步推导出需要定义哪些结构体、实现哪些函数。

module_init(leddriver_init)
    ↓
platform_driver_register(&led_driver)
    ↓
需要定义 struct platform_driver led_driver
    ↓
led_driver 包含：.probe / .remove / .driver.of_match_table
    ↓
需要定义 of_device_id 匹配表 → 需要设备树节点
    ↓
probe 执行 → 注册字符设备 → 创建 /dev/xxx

二、核心数据结构

先定义设备结构体，用于在驱动各函数间传递数据。

struct leddev_dev {
    dev_t devid;                /* 设备号（主+次） */
    struct cdev cdev;           /* 字符设备对象 */
    struct class *class;        /* 设备类（/sys/class/xxx） */
    struct device *device;      /* 设备对象（/dev/xxx） */
    int major;                  /* 主设备号 */
    struct device_node *node;   /* 设备树节点指针（标准写法可省略） */
    int led0;                   /* GPIO 编号 */
};
static struct leddev_dev leddev;   /* 全局设备实例 */

三、驱动入口与出口

module_init(leddriver_init);
module_exit(leddriver_exit);

static int __init leddriver_init(void)
{
    return platform_driver_register(&led_driver);
}

static void __exit leddriver_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&led_driver);
}

四、platform_driver 结构体

这是 Platform 驱动的核心骨架。

static struct platform_driver led_driver = {
    .driver = {
        .name           = "my-imx6ull-led",   /* 驱动名称（/sys/bus/platform/drivers/ 下显示） */
        .of_match_table = led_of_match,       /* 设备树匹配表 */
    },
    .probe  = led_probe,      /* 匹配成功后执行 */
    .remove = led_remove,     /* 驱动卸载时执行 */
};

注意：.name 可以任意起名，不影响设备树匹配（匹配靠 .of_match_table）。

五、of_match_table —— 设备树匹配表

static const struct of_device_id led_of_match[] = {
    { .compatible = "my_first-led" },   /* 必须与设备树中的 compatible 完全一致 */
    { /* Sentinel */ },                 /* 空哨兵，表示结束 */
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);  /* 可选：导出匹配表信息 */
//将 led_of_match 数组里的 compatible 字符串提取出来，放到内核模块的一个特殊段（__mod_of_device_table）中。设备上电，设备树加载时，看见它，compatible匹配成功后会自动执行insmod加载操作，然后触发
//init() —>probe()函数。相当于自动加载

设备树节点示例：

gpioled {
    compatible = "my_first-led";
    led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";
};

⚠️ compatible 字符串必须一字不差，多一个空格、大小写不同都会导致匹配失败。

六、probe —— 驱动的“心脏”

当 compatible 匹配成功后，probe 函数会被调用。它负责：

  1. 注册字符设备（分配设备号、添加 cdev）
  2. 创建 /sys/class/ 目录和 /dev/ 设备节点
  3. 从设备树获取硬件资源（GPIO 编号）
  4. 初始化 GPIO
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{
    printk("led driver and device was matched!\r\n");

    /* ---------- 1. 设备号 ---------- */
    if (leddev.major) {
        leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);
        register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
    } else {
        alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
        leddev.major = MAJOR(leddev.devid);
    }

    /* ---------- 2. 注册字符设备 ---------- */
    cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
    cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);

    /* ---------- 3. 创建类（/sys/class/xxx） ---------- */
    leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
    if (IS_ERR(leddev.class)) {
        return PTR_ERR(leddev.class);
    }

    /* ---------- 4. 创建设备节点（/dev/xxx） ---------- */
    leddev.device = device_create(leddev.class, NULL,
                                  leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);
    if (IS_ERR(leddev.device)) {
        return PTR_ERR(leddev.device);
    }

    /* ---------- 5. 获取 GPIO（两种写法） ---------- */
    
    /* 写法一：标准写法（推荐）—— 直接用 dev 传进来的 of_node */
    leddev.led0 = of_get_named_gpio(dev->dev.of_node, "led-gpio", 0);

    /* 写法二：传统写法（不推荐）—— 硬编码路径查找 */
    // leddev.node = of_find_node_by_path("/gpioled");
    // leddev.led0 = of_get_named_gpio(leddev.node, "led-gpio", 0);

    if (leddev.led0 < 0) {
        printk("can't get led-gpio\r\n");
        return -EINVAL;
    }

    /* ---------- 6. 申请并初始化 GPIO ---------- */
    gpio_request(leddev.led0, "led0");
    gpio_direction_output(leddev.led0, 1);   /* 默认高电平（LED 灭） */

    return 0;
}

关键区别

写法优点缺点
new dev->dev.of_node由内核自动传入，无硬编码路径无
old of_find_node_by_path("/xxx")简单直观路径硬编码，换节点名需改驱动

七、file_operations —— 应用层接口

probe 中注册的 led_fops 提供了用户态操作入口。

static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = led_open,
    .write = led_write,
};

write 函数实现

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
                         size_t cnt, loff_t *off)
{
    unsigned char databuf[2];
    unsigned char ledstat;

    if (copy_from_user(databuf, buf, cnt)) {
        printk("kernel write failed!\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    ledstat = databuf[0];

    if (ledstat == LEDON) {
        gpio_set_value(leddev.led0, 0);   /* 低电平亮 */
    } else if (ledstat == LEDOFF) {
        gpio_set_value(leddev.led0, 1);   /* 高电平灭 */
    } else {
        printk("Invalid value: %d\n", ledstat);
    }

    return cnt;   /* ⚠️ 必须返回实际写入字节数，否则应用层 read() 会返回 0 认为 EOF */
}

应用层使用 echo -n 1 > /dev/xxx 时，写入的是 ASCII 字符 '1'（0x31），驱动判断的是数值 1，因此需要通过 printf "\x01" > /dev/xxx 或应用程序写入二进制值。

八、remove —— 资源回收

static int led_remove(struct platform_device *dev)
{
    gpio_set_value(leddev.led0, 1);   /* 关灯 */
    gpio_free(leddev.led0);           /* 释放 GPIO */

    cdev_del(&leddev.cdev);                          /* 删除字符设备 */
    unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */
    device_destroy(leddev.class, leddev.devid);      /* 销毁设备节点 */
    class_destroy(leddev.class);                     /* 销毁类 */

    return 0;
}

九、完整驱动文件结构

┌─────────────────────────────────────────┐
│ 头文件区                                │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 宏定义（设备名、LEDON/LEDOFF 等）        │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 设备结构体 + 全局实例                    │
├─────────────────────────────────────────┤
│ led0_switch() / led_open() / led_write() │
├─────────────────────────────────────────┤
│ led_probe() / led_remove()              │
├─────────────────────────────────────────┤
│ of_device_id 匹配表                     │
├─────────────────────────────────────────┤
│ platform_driver 结构体                  │
├─────────────────────────────────────────┤
│ module_init() / module_exit()           │
├─────────────────────────────────────────┤
│ MODULE_LICENSE / MODULE_AUTHOR          │
└─────────────────────────────────────────┘

十、关键目录概念速查

概念位置说明
/sys/bus/platform/devices/设备树解析生成代表硬件设备，上电即存在
/sys/bus/platform/drivers/platform_driver_register() 生成代表驱动，insmod 后出现,probe不执行也会出现
/dev/xxxprobe()->device_create() 生成应用层通过 open/read/write 访问
/sys/class/xxx/probe()->class_create() 生成设备类信息，方便应用层查找

十一、常见问题总结

现象可能原因解决方法
dmesg 没有 matched!compatible 不匹配检查设备树和驱动中的字符串是否完全一致
/dev/xxx 不存在probe 执行失败检查 dmesg 错误日志（如 GPIO 获取失败）
echo 1 > /dev/xxx 无效写入的是 ASCII 字符应用层用 printf "\x01" 或 write 写入二进制值
灯不亮但驱动加载成功GPIO 引脚冲突或硬件连接问题检查 /sys/kernel/debug/gpio 确认 GPIO 是否被占用
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贡献者: 扶柳人间()