目录
在 Linux 系统下,一切皆文件。应用层操控底层硬件可以通过文件 I/O 的方式来实现,应用层通过对设备文件的 I/O 操作来操控硬件设备,设备文件其实是与硬件设备相互对应的。设备文件通常在/dev/目录下,/dev 目录下的文件称为设备节点。这也是驱动开发中常用的测试驱动程序方法。
还有另外一种方式可以通过 sysfs 文件系统对硬件设备进行操控。
sysfs 是一个基于内存的文件系统, 同 proc 文件系统一样,称为虚拟文件系统。它的作用是将内核信息以文件的方式提供给应用层使用。sysfs 文件系统的主要功能便是对系统设备进行管理,它可以产生一个包含所有系统硬件层次的视图。
sysfs 文件系统把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件、 展示设备驱动模型中各组件的层次关系。 sysfs 提供了一种机制,可以显式的描述内核对象、对象属性及对象间关系, 用来导出内核对象(kernel object,硬件设备)的数据、属性到用户空间,以文件目录结构的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持。
内核对象、对象属性及对象间关系在用户空间 sysfs 中的的表现:
内核中的组成要素 | sysfs中的表现 |
内核对象(硬件设备) | 目录 |
对象属性(设备属性) | 文件 |
对象关系 | 链接文件 |
sysfs 文件系统挂载在/sys 目录下
sysfs 文件系统中的目录包括 block、 bus、 class、 dev、 devices、 firmware、 fs、 kernel、
modules、 power 等,每个目录下又有许多文件或子目录。
目录说明:
/sys子目录 | 说明 |
block | 块设备存放目录(过时),系统的所有设备存放在devices下,block下的文件通常链接到devices下的文件 |
bus | 系统中的所有设备按照总线类型分类放置的目录结构,同样也链接到devices下 |
class | 系统中的所有设备按照其功能分类放置的目录结构 |
dev | 按照设备号的方式放置的目录结构 |
devices | 系统中所有设备存放的目录, 系统中的所有设备在 sysfs 中的表现,也是 sysfs 管理设备的最重要的目录结构。 |
firmware | 描述了内核中的固件 |
fs | 用于描述系统中所有文件系统,包括文件系统本身和按文件系统分类存放的已挂载点 |
kernel | 内核中所有可调参数的位置 |
mudule | 系统中所有模块的信息 |
power | 系统中电源选项,有一些属性可以用于控制整个系统的电源状态 |
系统中所有的设备(对象)都会在/sys/devices 体现出来,是 sysfs 文件系统中最重要的目录结构;而/sys/bus、 /sys/class、 /sys/dev 分别将设备按照挂载的总线类型、功能分类以及设备号的形式将设备组织存放在这些目录中,这些目录下的文件都是链接到了/sys/devices 中。
设备的一些属性、数据通常会通过设备目录下的文件体现出来。设备的数据、属性会导出到用户空间,以文件形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持。
将这些文件称为属性文件,读属性文件就表示读取设备的属性信息,写属性文件表示对设备的属性进行设置、以控制设备的状态。
小结:
应用层对底层硬件进行操控:
①/dev/目录下的设备文件(设备节点)
②/sys/目录下设备的属性文件
具体使用哪种方式需要根据不同功能类型设备进行选择,有的设备只能通过设备节点进行操控,而有的设备只能通过 sysfs 方式进行操控;这跟设备驱动具体的实现方式有关。
通常情况下,一般简单地设备会使用 sysfs 方式操控,其设备驱动在实现时会将设备的一些属性导出到用户空间 sysfs 文件系统,以属性文件的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持,如 LED、 GPIO 。
Linux 内核中为了尽量降低驱动开发者难度以及接口标准化,就出现了设备驱动框架的概念;Linux 针对各种常见的设备进行分类,如 LED 类设备、输入类设备、 FrameBuffer 类设备、 video 类设备,并为每一种类型的设备设计了一套成熟的、标准的、典型的驱动实现的框架, 这个就叫做设备驱动框架。 设备驱动框架为驱动开发和应用层提供了一套统一的接口规范。
对LED 类设备来说, 内核提供了 LED 设备驱动框架,驱动工程师编写 LED 驱动时,使用 LED 驱动框架来开发自己的 LED 驱动程序,能够对上层应用层提供统一、标准化的接口、 同时又降低了驱动开发工程师的难度。
通常情况下,杂项设备驱动程序向应用层提供的接口通常都不是标准化接口、它是一种非标准接口,具体如何去操控这个设备通常只有驱动工程师。
进入/sys/class/leds目录下,存放了所有的 LED 类设备。led文件夹下有brightness、max_brightness 以及 trigger 三个文件,这三个文件都是 LED 设备的属性文件。
①brightness(亮度):此属性文件是用于设置 LED的亮度等级或者获取当前 LED 的亮度等级,brightness 等于 0 表示 LED 灭, brightness 为正整数表示 LED 亮,其值越大、 LED 越亮
②max_brightness:用于获取 LED 设备的最大亮度等级
③trigger:触发模式,读表示获取 LED 当前的触发模式,写表示设置 LED 的触发模式。 不同的触发模式其触发条件不同, LED会根据不同的触发条件自动控制其亮、灭状态,通过 cat 命令查看该属性文件,可获取 LED 支持的所有触发模式以及 LED 当前被设置的触发模式
所以操作LED,只需要在应用空间中对以上属性文件进行读写操作即可。
进入到/sys/class/gpio 目录
该目录下包含两个文件 export、 unexport 以及 2 个 gpiochipX(X 等于 1020,902)命名的文件夹。
当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器,每一个 gpiochipX 文件夹用来管理一组 GPIO。
进入到其中某个目录下:
主要关注base、 label、 ngpio 这三个属性文件,这三个属性文件均是只读、不可写。
base: 与 gpiochipX 中的 X 相同,表示该控制器所管理的这组 GPIO 引脚中最小的编号。每一个 GPIO引脚都会有一个对应的编号, Linux 下通过这个编号来操控对应的 GPIO 引脚
label: 该组 GPIO 对应的标签或者名字
ngpio: 该控制器所管理的 GPIO 引脚的数量(所以引脚编号范围是: base ~ base+ngpio-1)
用于将指定编号的 GPIO 引脚导出。 在使用 GPIO 引脚之前,需要将其导出,导出成功之后才能使用它。 注意 export 文件是只写文件,不能读取,将一个指定的编号写入到 export 文件中即可将对应的 GPIO 引脚导出。
echo 1021 < export # 导出编号为1021的GPIO引脚
注意 < : 输出重定向 ,覆盖的方式写入;<< :输出重定向追加的方式写入。
导出成功之后会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio1021 的文件夹这个文件夹就是导出来的 GPIO 引脚对应的文件夹,用于管理、控制该 GPIO 引脚。
进入gpio1021文件夹
主要使用active_low、 direction、 edge 以及 value 这四个属性文件。
配置 GPIO 引脚为输入或输出模式。该文件可读、可写,读表示查看 GPIO 当前是输入还是输出模式,写表示将 GPIO 配置为输入或输出模式;读取或写入操作可取的值为out(输出模式)和in输入模式)。
echo out < direction #将该gpio设置为输出模型
在 GPIO 配置为输出模式下,向 value 文件写入0控制 GPIO 引脚输出低电平,写入1则控制 GPIO 引脚输出高电平。在输入模式下,读取 value 文件获取 GPIO 引脚当前的输入电平状态。
# 获取 GPIO 引脚的输入电平状态
echo in > direction
cat value
# 控制 GPIO 引脚输出高电平
echo out > directionecho 1 > value
用于控制极性, 可读可写,默认情况下为 0。
# active_low 等于 0 时
echo 0 > active_low
echo out > direction
echo 1 > value #输出高
echo 0 > value #输出低# active_low 等于 1 时
echo 1 > active_low
echo out > direction
echo 1 > value #输出低
echo 0 > value #输出高
控制中断的触发模式,该文件可读可写。 在配置 GPIO 引脚的中断触发模式之前,需将其设置为输入模式。
非中断引脚: echo none > edge
上升沿触发: echo rising > edge
下降沿触发: echo falling > edge
边沿触发: echo both > edge
将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后,需要将导出的引脚删除。
echo 1021 > unexport # 删除导出的编号为 1021 的 GPIO 引脚
删除成功之后,之前生成的 gpio1021 文件夹就会消失。
注意:并不是所有 GPIO 引脚都可以成功导出, 如果对应的 GPIO 已经在内核中被使用了, 就无法成功导出
所以一般对GPIO的操作分为三步:
①导出IO:/sys/class/gpio/export
echo 1021 > export
②配置IO:/sys/class/gpio/direction
echo out > direction # 输出
echo in > direction # 输入
③控制IO:/sys/class/gpio/value
echo 1 > value #输出高电平
echo 0 > value #输出低电平