72、IMX6ULL驱动实战：设备树（DTS/DTB）+ GPIO子系统+Platform总线
IMX6ULL驱动实战：设备树（DTS/DTB）+ GPIO子系统+Platform总线
一、核心技术原理铺垫
1.1 设备树（DTS/DTB）核心概念
设备树（Device Tree）是描述硬件资源的结构化文件，替代传统驱动中的硬编码硬件信息，核心目标是“硬件与驱动分离”：
- DTS（Device Tree Source）：设备树源文件，人类可读，包含硬件节点、资源配置（如GPIO、寄存器地址）；
- DTB（Device Tree Blob）：DTS编译后的二进制文件，内核可直接解析；
- 编译命令：
make dtbs编译所有设备树，make xxx.dtb编译指定DTS； - 核心属性：
compatible：兼容性属性，驱动通过该属性匹配设备节点（优先级高于name匹配）；reg：寄存器地址范围；xxx-gpio：GPIO编号及配置。
1.2 Platform总线与设备树匹配机制
Platform总线支持两种匹配方式（优先级：设备树匹配 > name匹配）：
- 设备树匹配：驱动中定义
of_device_id结构体（包含compatible属性），与DTS节点的compatible一致则匹配； - name匹配：驱动
platform_driver的name与DTS节点name一致则匹配。
匹配成功后，总线自动执行驱动的probe函数，完成驱动初始化。
1.3 GPIO子系统API（简化硬件操作）
内核提供的GPIO子系统封装了底层寄存器操作，无需手动配置引脚复用、方向，直接调用API即可：
| API函数 | 作用说明 |
|---|---|
of_find_node_by_path | 通过路径查找DTS设备节点 |
of_get_named_gpio | 从设备节点获取GPIO编号 |
gpio_request | 申请GPIO（避免资源冲突） |
gpio_direction_output | 配置GPIO为输出模式并设置初始值 |
gpio_set_value | 设置GPIO电平（1=高，0=低） |
gpio_free | 释放GPIO资源 |
1.4 硬件基础：GPIO控制LED
本文通过IMX6ULL的GPIO引脚控制LED，核心逻辑：
- DTS中定义LED对应的GPIO节点（如
ptled_sub），指定compatible和ptled-gpio属性； - 驱动通过GPIO子系统API读取DTS中的GPIO信息，申请并配置GPIO；
- 通过
gpio_set_value控制GPIO电平，实现LED亮灭。
二、设备树（DTS）编写示例
根据驱动代码中提到的/ptled和/ptled_sub节点，编写对应的DTS片段（需添加到IMX6ULL的设备树文件，如imx6ull-14x14-evk.dts）：
2.1 节点1：/ptled（寄存器地址描述，适配第二个驱动）
ptled {
compatible = "pt-led"; // 兼容性属性，驱动匹配用
name1 = "imx6ull-led"; // 自定义名称属性
reg = <0x020E0068 0x04 // IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03（4字节）
0x020E02F4 0x04 // IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03（4字节）
0x0209C004 0x04 // GPIO1_GDIR（方向寄存器）
0x0209C000 0x04>; // GPIO1_DR（数据寄存器）
};
2.2 节点2：/ptled_sub（GPIO描述，适配第一个驱动）
ptled_sub {
compatible = "pt-led-sub"; // 与驱动of_device_id一致
ptled-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; // GPIO1_IO03，低电平有效
};
&gpio1：引用GPIO1控制器节点；3：GPIO1的第3个引脚（GPIO1_IO03）；GPIO_ACTIVE_LOW：低电平激活（LED亮）。
三、核心驱动代码深度解析
3.1 驱动1：GPIO子系统+Platform总线+设备树匹配（推荐）
该驱动通过GPIO子系统操作硬件，无需手动配置寄存器，可移植性强，核心代码解析：
3.1.1 设备树匹配结构体
// 设备树匹配表（compatible属性匹配）
static struct of_device_id led_table[] = {
{.compatible = "pt-led-sub"}, // 与DTS节点compatible一致
{} // 结束标志
};
// Platform驱动结构体
static struct platform_driver pdrv = {
.probe = probe,
.remove = remove,
.driver = {
.name = DEV_NAME, // name匹配（备用）
.of_match_table = led_table // 设备树匹配（优先）
}
};
3.1.2 probe函数（核心初始化）
static int probe(struct platform_device *pdev) {
struct device_node *pdts; // 设备树节点指针
int ret = misc_register(&misc_dev); // 注册杂项设备
if(ret) goto err_misc_register;
// 1. 通过路径查找DTS节点（/ptled_sub）
pdts = of_find_node_by_path("/ptled_sub");
if(NULL == pdts) {
ret = PTR_ERR(pdts);
goto err_of_find;
}
// 2. 从节点获取GPIO编号（属性名：ptled-gpio）
led_gpio = of_get_named_gpio(pdts, "ptled-gpio", 0);
if(led_gpio < 0) {
ret = led_gpio;
goto err_of_find;
}
// 3. 申请GPIO资源（避免冲突）
ret = gpio_request(led_gpio, "led");
if(ret < 0) goto err_gpio_request;
// 4. 配置GPIO为输出模式，初始值为LED_OFF（灭）
gpio_direction_output(led_gpio, LED_OFF);
printk("驱动匹配成功，probe执行完成！
");
return 0;
// 错误处理：释放已申请资源
err_gpio_request:
err_of_find:
misc_deregister(&misc_dev);
err_misc_register:
printk("初始化失败！ret=%d
", ret);
return ret;
}
3.1.3 LED控制逻辑（ioctl/write）
static void led_on(void) {
gpio_set_value(led_gpio, LED_ON); // GPIO输出低电平，LED亮
}
static void led_off(void) {
gpio_set_value(led_gpio, LED_OFF); // GPIO输出高电平，LED灭
}
// ioctl命令处理（核心控制接口）
static long ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long args) {
long ret = 0;
switch(cmd) {
case CMD_LED_ON: led_on(); break;
case CMD_LED_OFF: led_off(); break;
default: ret = -EINVAL;
}
return ret;
}
3.2 驱动2：设备树读取寄存器+直接操作（传统方式）
该驱动通过DTS读取寄存器地址，手动ioremap映射后操作硬件，适用于无GPIO子系统的场景，核心区别：
3.2.1 从DTS读取寄存器地址
static int __init led_init(void) {
struct device_node *pdts;
unsigned int led_array[8] = {0}; // 存储reg属性的地址和长度
int ret = misc_register(&misc_dev);
if(ret) goto err_misc_register;
// 1. 查找DTS节点/ptled
pdts = of_find_node_by_path("/ptled");
if(NULL == pdts) {
ret = PTR_ERR(pdts);
goto err_find_node;
}
// 2. 读取reg属性（8个值：4组地址+长度）
ret = of_property_read_u32_array(pdts, "reg", led_array, 8);
if(ret < 0) goto err_of_property_read;
// 3. 映射寄存器地址（虚拟地址操作硬件）
iomuxc_mux_ctl = ioremap(led_array[0], led_array[1]); // 复用寄存器
iomuxc_pad_ctl = ioremap(led_array[2], led_array[3]); // 电气特性寄存器
gpio1_gdir = ioremap(led_array[4], led_array[5]); // 方向寄存器
gpio1_dr = ioremap(led_array[6], led_array[7]); // 数据寄存器
printk("杂项驱动初始化完成！
");
return 0;
// 错误处理（省略）
}
3.2.2 手动配置GPIO（替代GPIO子系统）
static void led1_init(void) {
*iomuxc_mux_ctl = 0x05; // 引脚复用为GPIO
*iomuxc_pad_ctl = 0x10B0;// 电气特性配置（上拉+100MHz）
*gpio1_gdir |= (1 << 3); // 配置为输出模式
}
static void led_on(void) {
*gpio1_dr &= ~(1 << 3); // 低电平亮灯
}
四、应用程序编写（复用之前的ioctl控制）
#include 五、实操验证流程（IMX6ULL开发板）
5.1 编译准备
（1）编译设备树（DTB）
- 将编写的DTS片段添加到IMX6ULL的设备树文件（如
imx6ull-14x14-evk.dts）； - 进入内核源码目录，编译设备树：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs - 编译完成后，在
arch/arm/boot/dts/目录下生成更新后的imx6ull-14x14-evk.dtb。
（2）编译驱动模块
创建Makefile：
# 驱动1（GPIO子系统+Platform）
obj-m += led_platform_gpio.o
# 驱动2（寄存器操作+杂项设备）
# obj-m += led_misc_reg.o
KERNELDIR ?= /home/linux/IMX6ULL/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
PWD := $(shell pwd)
all:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
执行编译：
make # 生成.ko模块文件
（3）编译应用程序
arm-linux-gnueabihf-gcc led_app.c -o led_app
5.2 驱动加载与验证（推荐驱动1：GPIO子系统方式）
- 拷贝
imx6ull-14x14-evk.dtb、led_platform_gpio.ko、led_app到开发板； - 开发板上电，通过TFTP加载新的DTB（或烧录到SD卡）；
- 加载驱动模块：
insmod led_platform_gpio.ko ls /dev/led # 杂项设备自动创建节点 - 运行应用程序：
./led_app # LED开始1秒闪烁 - 查看内核打印：
预期输出：dmesg | grep -E "probe|led"led platform_driver_register success ######################### led_driver probe led open cmd = 2147483648 args = 0 cmd = 2147483649 args = 0 - 卸载驱动：
rmmod led_platform_gpio.ko
5.3 驱动2验证（寄存器操作方式）
insmod led_misc_reg.ko
ls /dev/led
./led_app
六、关键技术对比与优势总结
6.1 驱动1（GPIO子系统）vs 驱动2（寄存器操作）
| 对比维度 | 驱动1（GPIO子系统+设备树） | 驱动2（寄存器操作+设备树） |
|---|---|---|
| 代码复杂度 | 低（调用API，无需手动配置寄存器） | 高（手动配置复用、电气特性） |
| 可移植性 | 强（适配不同芯片，仅需修改DTS） | 弱（寄存器地址硬编码，移植需改驱动） |
| 安全性 | 高（gpio_request避免资源冲突） | 低（无资源申请，可能冲突） |
| 适用场景 | 大多数GPIO外设（LED、按键、继电器） | 无GPIO子系统的老内核或特殊外设 |
6.2 设备树的核心价值
- 硬件与驱动分离：修改硬件时无需改驱动，仅需修改DTS；
- 统一硬件描述：所有硬件资源集中在DTS，便于维护；
- 内核自动解析：内核通过DTS识别硬件，无需驱动硬编码。
七、常见问题排查
7.1 驱动匹配失败（probe不执行）
compatible不匹配：驱动of_device_id的compatible与DTS节点一致；- DTS节点路径错误：
of_find_node_by_path的路径需与DTS中完全一致； - 设备树未更新：确保烧录的是编译后的新DTB。
7.2 GPIO申请失败（ret<0）
- GPIO被占用：通过
cat /sys/kernel/debug/gpio查看已占用的GPIO； - DTS中GPIO配置错误：确认
ptled-gpio的GPIO控制器（如&gpio1）和引脚号正确。
7.3 LED不闪烁但应用无报错
- GPIO方向配置错误：确认调用
gpio_direction_output配置为输出模式； - 电平极性错误：DTS中
GPIO_ACTIVE_LOW表示低电平亮，需与硬件电路一致。
八、总结
本文通过两个LED驱动案例，完整展现了IMX6ULL的设备树+GPIO子系统+Platform总线的驱动开发流程：
- 设备树（DTS）描述硬件资源（GPIO、寄存器地址）；
- 驱动通过of函数解析DTS，获取硬件信息；
- 优先使用GPIO子系统API操作硬件，提升可移植性；
- Platform总线通过
compatible属性实现驱动与硬件的自动匹配。
