05_调试与使用虚拟的GPIO控制器#

调试与使用虚拟的GPIO控制器#

参考资料：

  • Linux 5.x内核文档

    • Linux-5.4\Documentation\driver-api

    • Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\gpio\gpio.txt

    • Linux-5.4\drivers\gpio\gpio-74x164.c

  • Linux 4.x内核文档

    • Linux-4.9.88\Documentation\gpio

    • Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\gpio\gpio.txt

    • Linux-4.9.88\drivers\gpio\gpio-74x164.c

  • 本章课程源码位于GIT仓库里

    doc_and_source_for_drivers\IMX6ULL\source\07_GPIO\03_virtual_gpio_ok
doc_and_source_for_drivers\STM32MP157\source\A7\07_GPIO\03_virtual_gpio_ok

1. 硬件功能#

假设使用这个虚拟的GPIO Controller的pinA来控制LED：

image-20210528163702792

2. 编写设备树文件#

gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
	compatible = "100ask,virtual_gpio";
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>;
    ngpios = <4>;
};

myled {
	compatible = "100ask,leddrv";
	led-gpios = <&gpio_virt 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

3. 上机实验#

3.1 设置工具链#

1. STM32MP157#

注意：对于STM32MP157，以前说编译内核/驱动、编译APP的工具链不一样，其实编译APP用的工具链也能用来编译内核。

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
2. IMX6ULL#
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

3.2 编译、替换设备树#

1. STM32MP157#

  • 修改arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts，添加如下代码：

    / {
    gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
        compatible = "100ask,virtual_gpio";
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <2>;
        ngpios = <4>;
    };

    myled {
        compatible = "100ask,leddrv";
        led-gpios = <&gpio_virt 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

  • 编译设备树： 在Ubuntu的STM32MP157内核目录下执行如下命令, 得到设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb

    make dtbs

  • 复制到NFS目录：

    $ cp arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb ~/nfs_rootfs/

  • 开发板上挂载NFS文件系统

    • vmware使用NAT(假设windowsIP为192.168.1.100)

      [root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3,port=2049,mountport=9999 
192.168.1.100:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • vmware使用桥接，或者不使用vmware而是直接使用服务器：假设Ubuntu IP为192.168.1.137

      [root@100ask:~]#  mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt

  • 确定设备树分区挂载在哪里

    由于版本变化，STM32MP157单板上烧录的系统可能有细微差别。 在开发板上执行cat /proc/mounts后，可以得到两种结果(见下图)：

    • mmcblk2p2分区挂载在/boot目录下(下图左边)：无需特殊操作，下面把文件复制到/boot目录即可

    • mmcblk2p2挂载在/mnt目录下(下图右边)

      • 在视频里、后面文档里，都是更新/boot目录下的文件，所以要先执行以下命令重新挂载：

        • mount  /dev/mmcblk2p2  /boot

    • 更新设备树

      [root@100ask:~]# cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
[root@100ask:~]# sync

  • 重启开发板

2. IMX6ULL#

  • 修改arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts，添加如下代码：

    / {
    gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
        compatible = "100ask,virtual_gpio";
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <2>;
        ngpios = <4>;
    };

    myled {
        compatible = "100ask,leddrv";
        led-gpios = <&gpio_virt 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

  • 编译设备树： 在Ubuntu的IMX6ULL内核目录下执行如下命令, 得到设备树文件：arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb

    make dtbs

  • 复制到NFS目录：

    $ cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb ~/nfs_rootfs/

  • 开发板上挂载NFS文件系统

    • vmware使用NAT(假设windowsIP为192.168.1.100)

      [root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3,port=2049,mountport=9999 
192.168.1.100:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • vmware使用桥接，或者不使用vmware而是直接使用服务器：假设Ubuntu IP为192.168.1.137

      [root@100ask:~]#  mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • 更新设备树

      [root@100ask:~]# cp /mnt/100ask_imx6ull-14x14.dtb /boot
[root@100ask:~]# sync

  • 重启开发板

3.3 编译、安装驱动程序#

  • 编译：

    • 在Ubuntu上

    • 修改01_led、02_virtual_gpio中的Makefile，指定内核路径KERN_DIR，在执行make命令即可。

  • 安装：

    • 在开发板上

    • 挂载NFS，复制文件，insmod，类似如下命令：

      mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt
// 对于IMX6ULL，想看到驱动打印信息，需要先执行
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

insmod -f /mnt/virtual_gpio_driver.ko
insmod -f /mnt/leddrv.ko

ls /dev/100ask_led0
/mnt/ledtest /dev/100ask_led0 on
/mnt/ledtest /dev/100ask_led0 off

  • 观察内核打印的信息

4. STM32MP157上的bug#

在STM32MP157上做如下实验时：

echo 509 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio509/direction
cat /sys/class/gpio/gpio509/value

发现对于value执行一次cat操作，导致virt_gpio_get_value函数被调用3次，如下：

cat /sys/class/gpio/gpio509/value
[   96.283263] get pin 1, it's val = 0
[   96.297803] get pin 1, it's val = 0
[   96.312604] get pin 1, it's val = 0

cat value这个操作，会导致驱动drivers/gpio/gpiolib-sysfs.c中的value_show函数被调用。

value_show只会调用一次GPIO Controller中的get函数。

所以，我们编写了一个read.c程序，源码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    
        char buf[10];
    
        read(fd, buf, 10);
        printf("%s\n", buf);
        return 0;
}

编译read.c:

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o read read.c

放到板子上执行，发现读取value文件一次，只会导致get函数被调用一次，如下：

# ./read /sys/class/gpio/gpio509/value
[  298.663613] get pin 1, it's val = 0
1

所以：问题在于cat命令，虽然我们执行了一次cat操作，但是它发起了3次读value文件的操作。

至于cat的bug在哪，无关紧要，先不花时间去查。