i.MX6驱动开发学习日志

Day 1 【了解常识】

基本概念了解
环境熟悉

1.1 MCIMX6U8DVM10AB 芯片概述

• 32位MPU
• 双核ARM - Cortex-A9
• 1GHz主频
• 芯片命名方式：
  
  

1.2 关于Linux内核的一些基础概念

• eMMC： embedded Multi Media Card，嵌入式存储器标准规格

• gzip压缩： Linux常见压缩工具，压缩为*.gz格式文件

• 常见内核文件：

  
  
  • vmlinux： 编译出来的原始内核文件
  • zImage： 经过gzip压缩的vmlinux
  • bzImage： big zImage，内核较大需要用bzImage，占用内存1M以上
  • uImage： U-boot专用映像文件
  • vmlinuz： zImage/bzImage的拷贝或链接
  • initrd： initial ramdisk，引导硬件可被实际内核vmlinuz接管

• 内核源码结构：

  
  
  • arch： 硬件架构
  • block： 块设备驱动程序I/O调度
  • crypto： 常用加密、散列、压缩、校验算法
    
    • crypto-【英文前缀】保密的
    • crypto-community，地下党
    • cryptography，密码学
  • Documentation： 内核各部分的注释
  • drivers： 设备驱动程序
  • fs： file system，文件系统
  • include： 头文件
  • init： 内核初始化代码
  • ipc： 进程间通信代码
  • kernel： 内核核心部分，包括进程调度、定时器
  • lib： 库文件
  • mm： memory manage，内存管理
  • net： 网络代码
  • scripts： 用于配置内核的脚本
  • security： SELinux模块
  • sound： 音频设备驱动代码
  • usr： 用于打包和压缩的cpio
    
    • cpio： copy input output，用来建立、还原备份档的工具程序

• 内核组成部分：

  
  
  • 进程调度 - SCHED
  • 内存管理 - MM
  • 虚拟文件系统 - VFS
  • 网络接口 - NET
  • 进程间通信 - IPC

1.3 Linux嵌入式开发基本概念

• 单片机简单的操作系统：
  
  • UCOS，FreeRTOS
  • 只具备Kernel
  • 网络、文件系统、GUI等需要移植
• 可移植操作系统的嵌入式开发：
  
  • 底层驱动开发：
    
    • 裸机开发：
      
      • 不具备IDE - 安装交叉编译环境
    • Linux操作系统开发：
      
      • 系统移植：
        
        • 移植Uboot（一种bootloader代码，用于启动Linux内核）
        • 移植Linux内核
        • 移植根文件系统（rootfs），包含常用命令和文件

• • • • 三大驱动：
        
        • 字符设备驱动
        • 块设备驱动
        • 网络设备驱动
  • 应用开发
    （待）

1.4 关于交叉编译器

• Ubuntu 自带的gcc编译器是针对x86架构的
• 在x86架构的PC上安装的、可以编译ARM架构代码的、GCC编译器 - 交叉编译器

1.5 MfgTool系统烧入工具

• 运行在Windows下

• 可烧写uboot.imx，zImage，dtb，rootfs

• 问题1： litialize operation failed, please refer to “MfgTool.log” for detailed information, error code: 4.

• 

  
  
  • 我出现这个问题的原因是我将mfgtools解压在移动硬盘里，可能系统需要获取管理员权限才能执行脚本，将mfgtools文件夹改到其他硬盘里问题就解决了

• 问题2： Unassigned
  尚未解决
  
  

1.6 Linux 文件系统

• 文件系统：
  
  • 将二进制数据翻译为人类语言的文件格式
  • 不同的物理结构需要不同的文件系统管理

Day 2 【熟悉环境】

Xshell通信
代码编译与运行
点灯

2.1 查看原理图

• 点灯用的是开发板P8的4个引脚
• 

2.2 设备树文件

• 设备树文件 imx6qdl-sabresd.dtsi
  
  • 路径 /home/uptech/fsl-6dl-source/kernel-3.14.28/arch/arm/boot/dts/imx6qdl-sabresd.dtsi

2.3 运行代码

• i.MX6 开发板
  

  • 内部有之前编译好的执行文件和驱动，可以直接使用
    
    

  • 

  • 若没有，可以通过NFS共享将Ubuntu虚拟机的/imx6文件夹挂载到开发板的/mnt目录下

    
    

    • 在Xshell里对开发板运行指令

    • 用网线接好开发板与电脑，确保主机、虚拟机、开发板处于同一网段下
      
      

    • 
    • 
    • 

    • 通过Xshell使用命令ifconfig eth0 192.168.1.130可改变开发板的地址

    • 通过Xshell使用命令mount -t nfs 192.168.1.120:/imx6 /mnt/可将虚拟机下的 /imx6 文件夹 挂载到开发板的 /mnt/ 文件夹 下

  • insmod ./driver/LEDBuzzer.ko 加载驱动

  • ./LEDBuzzer 运行执行文件，效果：
    
    

  • 

Day 3 【裸机开发了解】

Cortex-A7 MPCore架构（Multi-Processor）
关于IO和GPIO
启动方式

3.1 Cortex-A处理器运行模式（9种）

3.2 关于 I/O

• IOMUX Controller，IO复用控制

• 32位软件复用控制寄存器，32-bit software mux control registers

• IO命名： IOMUXC_SW_MUC_CTL_PAD_XX_XX， XX_XX为IO口功能，例如UART1_TX_DATA

• IO复用功能查询： IMX6SDLRM.pdf手册Charpter4 - External Signals and Pin Multiplexing
  
  

• 

• IO和GPIO的差别：

  
  
  • IO是宏观的
  • GPIO是IO的一种工作方式，比如说点亮LED、按键输入等操作

• IO参数配置：

  
  

  • 两个寄存器：

    
    
    • IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_XX_XX，配置复用功能
    • IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_XX_XX，配置IO参数：
    • 
      
      • HYS： Hysteresis comparator，施密特触发器使能，施密特触发器的迟滞现象
      • PUS： Pull Up/down Set，上下拉电阻
      • PUE： Pull Up/down Enable，上下拉/状态保持器
      • PKE： 使能/失能上下拉/状态保持器
      • ODE： 使能/使能IO开路输出
      • SPEED： IO速度
      • DSE： IO驱动能力
      • SRE： Slew Rate，压摆率

  • IO口功能配置：
    
    

  • 

• GPIO时钟使能

  
  
  • 时钟系统Clock Control Module(CCM)
  • 门控寄存器 - CCM Clock Gating Register
    
    • CCM_CCGRx [0, 6]

• GPIO使能方式：

  
  
  • 使能时钟
  • 设置复用功能
  • 设置IO参数
  • 配置GPIO参数

3.3 启动方式

Day 4 字符设备

ARM Linux驱动开发概述
字符设备驱动简介
字符设备驱动开发

4.1 ARM Linux驱动开发概述

• 三大类驱动：`
  
  • 字符设备驱动：
    
    • GPIO
    • I2C
    • SPI 等
  • 块设备驱动：
    
    • 存储器设备的驱动
    • EMMC
    • NAND
    • SD
    • U盘等
  • 网络设备驱动：
    
    • USB WIFI

4.2 字符设备驱动简介

• 字符设备：

  
  
  • 通过字节流进行读写操作的设备

• Linux的应用程序如何调用驱动程序：
  

• Linux一切皆文件，驱动操作文件位于/dev/device_name

• 应用程序运行在用户空间，驱动属于内核空间，用户必须系统调用才能调用内核空间实现对底层驱动的操作
  

  
  
  • 应用程序使用的函数，在具体驱动中都有与之对应的函数
    
    • 应用程序调用open，驱动程序也要有open
    • 内核驱动操作函数集合include/linux/fs.h: struct file_operations

• 常用内核驱动操作函数

4.3 字符设备驱动开发

• 加载和卸载：
  
  • Linux驱动两种运行方式：
    
    • 编译进内核，开机自启
    • 编译成模块（.ko文件），insmod xxx.ko加载模块，调试阶段使用
      
      • 模块加载 module_init(xxxx_init)
        
        • insmod时调用xxxx_init
      • 模块卸载module_exit(xxxx_exit)
        
        • rmmod时调用xxxx_exit

// 字符设备驱动模块加载和卸载函数模板

/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void){ 
	return 0;  
} 

/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void){
	
}

/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

• insmod 与 modprobe 指令比较

  
  
  • insmod
    
    • 简单
    • 但不能决定模块的依赖关系
    • dvc_1.ko 依赖于 dvc_2.ko
      
      • 先insmod dvc_2.ko
      • 再insmod dvc_1.ko
    • 卸载驱动insmod dvc_1.ko
  • modprobe
    
    • 智能化加载驱动
    • 卸载驱动modprove -r dvc_1.ko
    • 会卸载掉驱动的依赖
    • 需要防止依赖项有多个驱动在使用

• 字符设备注册与注销

  
  
  • 注册字符设备：
    
    • cat/proc/devices查看已注册的设备号，不可重复
      
    • register_chrdev(_*_)，参数：
      
      • 主设备号
      • 设备名称
      • 操作函数合集结构体的拷贝

// 字符设备注册和注销

// 操作函数集合结构体变量 test_fops
// 尚未定义open release等成员函数
static struct file_operations test_fops; 

/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void){ 

	int retvalue = 0; 
	
	// 注册字符设备驱动
	// 主设备号200
	// 设备名称 chrtest
	// 结构体拷贝 &test_fops
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops);
	
	if(retvalue < 0){
		// 字符设备注册失败,自行处理 
	}
	
	return 0;
}


/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void){

	// 注销字符设备驱动 
	unregister_chrdev(200, "chrtest");
}

/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

• 设备具体操作函数

• 设备打开chrtest_open()

/* 打开设备 */
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp){ 
	return 0; 
}

• 从设备读取chrtest_read()

/* 从设备读取 */
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf, 
size_t cnt, loff_t *offt){
	return 0;
}

• 向设备写数据chrtest_write()

/* 向设备写数据 */
static ssize_t chrtest_write(struct file *filp,
const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt){
	return 0;
}

• 释放设备chrtest_release()

/* 关闭 /释放设备 */
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp){
	return 0;
}

• 用以上定义好的函数来初始化结构体 struct file_operations test_fops

static struct file_operations test_fops = {
	.owner = THIS_MODULE, 
	.open = chrtest_open,
	.read = chrtest_read,
	.write = chrtest_write,
	.release = chrtest_release,
};

• 驱动入口 xxx_init()

/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void){

	int retvalue = 0;

	/* 注册字符设备驱动 */
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops);
	
	if(retvalue < 0){
		/* 字符设备注册失败,自行处理 */
	}
	return 0;
}

• 驱动出口xxx_exit()

/* 驱动出口函数 */
	static void __exit xxx_exit(void){
	/* 注销字符设备驱动 */
	unregister_chrdev(200, "chrtest");
}

• 入口/出口指定

	module_init(xxx_init);
	module_exit(xxx_exit);

• 添加LICENSE（必须加）

// LICENSE 采用GPL协议
MODULE_LICENSE('GPL');
// 作者 不必须加
MODULE_AUTHOR('***');

• Linux设备号
  
  • 主设备号
    
    • 具体的驱动
    • 12 位 0 - 4095
  • 次设备号
    
    • 驱动的各个设备
    • 20位
  • 定义位置
    
    • include/linux/types.h
  • 分配方式
    
    • 静态分配
      
      • cat/proc/devices 查看已分配的设备号
    • 动态分配
      
      • int alloc_chrdev_region(dev_t _dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char _name)
      • dev 保存32位设备号
      • baseminor alloc_chrdev_region可申请一段连续的，主设备号相同，次设备号不同的设备，此变量设置次设备号起始地址，一般为0
      • count要申请的设备号数量
      • name设备名称
      • from 要释放的设备号
      • count 从from开始，释放的设备号数量

Day 5 设备树

• .dts： 描述板级信息，开发板有哪些设备
• .dtsi：描述SOC级信息，有几个CPU，主频、控制器信息
• DTB：编译后的DTS
• DTC：DTS编译器