1）实验平台：正点原子STM32MP157开发板
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上一章实验中我们借助gpio子系统编写了LED灯驱动，STM32MP1开发板上还有一个蜂鸣器，从软件的角度考虑，蜂鸣器驱动和LED灯驱动其实是一摸一样的，都是控制IO输出高低电平。本章我们就来学习编写蜂鸣器的Linux驱动，也算是对上一章讲解的gpio子系统的巩固。
26.1 蜂鸣器驱动原理
蜂鸣器常用于计算机、打印机、报警器、电子玩具等电子产品中，常用的蜂鸣器有两种：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，这里的有“源”不是电源，而是震荡源，有源蜂鸣器内部带有震荡源，所以有源蜂鸣器只要通电就会叫。无源蜂鸣器内部不带震荡源，直接用直流电是驱动不起来的，需要2K-5K的方波去驱动。正点原子STM32MP1开发板使用的是有源蜂鸣器，因此只要给其供电就会工作，开发板所使用的有源蜂鸣器如下图所示：
图26.1.1 有源蜂鸣器
有源蜂鸣器只要通电就会叫，所以我们可以做一个供电电路，这个供电电路通过一个IO来控制其通断，一般使用三极管来搭建这个电路。为什么我们不能像控制LED灯一样，直接将GPIO接到蜂鸣器的负极，通过IO输出高低来控制蜂鸣器的通断。这事因为蜂鸣器工作的电流比LED灯要大，直接将蜂鸣器接到开发板的GPIO上有可能会烧毁IO，所以我们需要通过一个三极管来间接的控制蜂鸣器的通断，相当于加了一层隔离。本章我们就驱动开发板上的有源蜂鸣器，然后编写简单的测试APP，通过APP来控制蜂鸣器鸣叫或关闭。
本节我们来看一下如果在Linux下编写蜂鸣器驱动需要做哪些工作：
①、在设备树中创建蜂鸣器节点，在蜂鸣器节点中加入GPIO信息。
②、编写驱动程序和测试APP，和第二十五章的LED驱动程序和测试APP基本一样。
接下来我们就根据上面这两步来编写蜂鸣器Linux驱动。
26.2 硬件原理图分析
蜂鸣器的硬件原理图如图 26.2.1 所示：
图26.2.1 蜂鸣器原理图
图26.2.1中通过一个 PNP 型的三极管 8550 来驱动蜂鸣器，通过PC7这个 IO来控制三极管 Q1 的导通，当 BEEP 输出低电平的时候 Q1 导通，相当于蜂鸣器的正极连接到 3.3V电源，蜂鸣器形成一个通路，因此蜂鸣器会鸣叫。同理，当 BEEP输出高电平的时候 Q1不导通，那么蜂鸣器就没有形成一个通路，因此蜂鸣器也就不会鸣叫。
26.3 实验程序编写
本实验对应的例程路径为：开发板光盘1、程序源码2、Linux驱动例程6_beep。
本章实验在二十五章实验的基础上完成，重点是将驱动改为基于设备树的.
26.3.1 修改设备树文件
在根节点“/”下创建BEEP节点，节点名为“beep”，节点内容如下：
示例代码26.3.1.1 创建BEEP蜂鸣器节点
1 beep {
2 compatible = "alientek,beep";
3 status = "okay";
4 beep-gpio = <&gpioc 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
5 };
第4行，beep-gpio属性指定了蜂鸣器所使用的GPIO。
设备树编写完成以后使用“make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的stm32mp157d-atk.dtb文件启动Linux系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“beep”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结果如图26.3.1.1所示：
图26.3.1.1 beep节点
26.3.2 蜂鸣器驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，本章实验在第四十五章实验驱动文件gpioled.c的基础上修改而来。新建名为“6_beep”的文件夹，然后在6_beep文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“beep”。工程创建好以后新建beep.c文件，在beep.c里面输入如下内容：
示例代码 26.3.2.1 beep.c文件代码段 1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 #include 13 #include 14 #include 15 #include 16 #include 17 27 #define BEEP_CNT 1 28 #define BEEP_NAME "beep" 29 #define BEEPOFF 0 30 #define BEEPON 1 31 32 33 struct beep_dev{ 34 dev_t devid; 35 struct cdev cdev; 36 struct class *class; 37 struct device *device; 38 int major; 39 int minor; 40 struct device_node *nd; 41 int beep_gpio; 42 }; 43 44 struct beep_dev beep; 45 46 53 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) 54 { 55 filp->private_data = &beep; 56 return 0; 57 } 58 59 67 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 68 { 69 return 0; 70 } 71 72 80 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 81 { 82 int retvalue; 83 unsigned char databuf[1]; 84 unsigned char ledstat; 85 struct beep_dev *dev = filp->private_data; 86 87 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); 88 if(retvalue < 0) { 89 printk("kernel write failed!rn"); 90 return -EFAULT; 91 } 92 93 ledstat = databuf[0]; 94 95 if(ledstat == BEEPON) { 96 gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0); 97 } else if(ledstat == BEEPOFF) { 98 gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1); 99 } 100 return 0; 101 } 102 103 108 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) 109 { 110 return 0; 111 } 112 113 114 static struct file_operations beep_fops = { 115 .owner = THIS_MODULE, 116 .open = led_open, 117 .read = led_read, 118 .write = led_write, 119 .release = led_release, 120 }; 121 122 127 static int __init led_init(void) 128 { 129 int ret = 0; 130 const char *str; 131 132 133 134 beep.nd = of_find_node_by_path("/beep"); 135 if(beep.nd == NULL) { 136 printk("beep node not find!rn"); 137 return -EINVAL; 138 } 139 140 141 ret = of_property_read_string(beep.nd, "status", &str); 142 if(ret < 0) 143 return -EINVAL; 144 145 if (strcmp(str, "okay")) 146 return -EINVAL; 147 148 149 ret = of_property_read_string(beep.nd, "compatible", &str); 150 if(ret < 0) { 151 printk("beep: Failed to get compatible propertyn"); 152 return -EINVAL; 153 } 154 155 if (strcmp(str, "alientek,beep")) { 156 printk("beep: Compatible match failedn"); 157 return -EINVAL; 158 } 159 160 161 beep.beep_gpio = of_get_named_gpio(beep.nd, "beep-gpio", 0); 162 if(beep.beep_gpio < 0) { 163 printk("can't get led-gpio"); 164 return -EINVAL; 165 } 166 printk("beep-gpio num = %drn", beep.beep_gpio); 167 168 169 ret = gpio_request(beep.beep_gpio, "BEEP-GPIO"); 170 if (ret) { 171 printk(KERN_ERR "beep: Failed to request beep-gpion"); 172 return ret; 173 } 174 175 176 ret = gpio_direction_output(beep.beep_gpio, 1); 177 if(ret < 0) { 178 printk("can't set gpio!rn"); 179 } 180 181 182 183 if (beep.major) { 184 beep.devid = MKDEV(beep.major, 0); 185 ret = register_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT, BEEP_NAME); 186 if(ret < 0) { 187 pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]n", BEEP_NAME, BEEP_CNT); 188 goto free_gpio; 189 } 190 } else { 191 ret = alloc_chrdev_region(&beep.devid, 0, BEEP_CNT, BEEP_NAME); 192 if(ret < 0) { 193 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%drn", BEEP_NAME, ret); 194 goto free_gpio; 195 } 196 beep.major = MAJOR(beep.devid); 197 beep.minor = MINOR(beep.devid); 198 } 199 printk("beep major=%d,minor=%drn",beep.major, beep.minor); 200 201 202 beep.cdev.owner = THIS_MODULE; 203 cdev_init(&beep.cdev, &beep_fops); 204 205 206 cdev_add(&beep.cdev, beep.devid, BEEP_CNT); 207 if(ret < 0) 208 goto del_unregister; 209 210 211 beep.class = class_create(THIS_MODULE, BEEP_NAME); 212 if (IS_ERR(beep.class)) { 213 goto del_cdev; 214 } 215 216 217 beep.device = device_create(beep.class, NULL, beep.devid, NULL, BEEP_NAME); 218 if (IS_ERR(beep.device)) { 219 goto destroy_class; 220 } 221 return 0; 222 223 destroy_class: 224 class_destroy(beep.class); 225 del_cdev: 226 cdev_del(&beep.cdev); 227 del_unregister: 228 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); 229 free_gpio: 230 gpio_free(beep.beep_gpio); 231 return -EIO; 232 } 233 234 239 static void __exit led_exit(void) 240 { 241 242 cdev_del(&beep.cdev); 243 unregister_chrdev_region(beep.devid, BEEP_CNT); 244 device_destroy(beep.class, beep.devid); 245 class_destroy(beep.class); 246 gpio_free(beep.beep_gpio); 247 } 248 249 module_init(led_init); 250 module_exit(led_exit); 251 MODULE_LICENSE("GPL"); 252 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK"); 253 MODULE_INFO(intree, "Y");
beep.c中的内容和上一章的gpioled.c中的内容基本一样，只是换为了初始化BEEP这个PIN，这里就不详细的讲解了。
26.3.3 编写测试APP
测试APP在上一章实验的ledApp.c文件的基础上完成，新建名为beepApp.c的文件，然后输入如下所示内容：
示例代码26.3.3.1 beepApp.c文件
1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8
20
21 #define BEEPOFF 0
22 #define BEEPON 1
23
24
30 int main(int argc, char *argv[])
31 {
32 int fd, retvalue;
33 char *filename;
34 unsigned char databuf[1];
35
36 if(argc != 3){
37 printf("Error Usage!rn");
38 return -1;
39 }
40
41 filename = argv[1];
42
43
44 fd = open(filename, O_RDWR);
45 if(fd < 0){
46 printf("file %s open failed!rn", argv[1]);
47 return -1;
48 }
49
50 databuf[0] = atoi(argv[2]);
51
52
53 retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
54 if(retvalue < 0){
55 printf("BEEP Control Failed!rn");
56 close(fd);
57 return -1;
58 }
59
60 retvalue = close(fd);
61 if(retvalue < 0){
62 printf("file %s close failed!rn", argv[1]);
63 return -1;
64 }
65 return 0;
66 }
67
beepApp.c的文件内容和ledApp.c文件内容基本一样，要是对文件进行打开、写、关闭等操作。
26.4 运行测试
26.4.1 编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第二十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为beep.o，Makefile内容如下所示：
示例代码26.4.1.1 Makefile文件 1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31 ...... 4 obj-m := beep.o ...... 11 clean: 12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
第4行，设置obj-m变量的值为beep.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件：
make -j32
编译成功以后就会生成一个名为“beep.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
输入如下命令编译测试beepApp.c这个测试程序：
arm-none-linux-gnueabihf-gcc beepApp.c -o beepApp
编译成功以后就会生成beepApp这个应用程序。
26.4.2 运行测试
将上一小节编译出来的beep.ko和beepApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/5.4.31目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/5.4.31中，输入如下命令加载beep.ko驱动模块：
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe beep //加载驱动
驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如图26.4.2.1所示：
图26.4.2.1 驱动加载成功以后输出的信息
从图26.4.2.1可以看出，beep这个节点找到了，并且PC7这个GPIO的编号为39。使用beepApp软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令打开蜂鸣器：
./beepApp /dev/beep 1 //打开蜂鸣器
输入上述命令，观察开发板上的蜂鸣器是否有鸣叫，如果鸣叫的话说明驱动工作正常。在输入如下命令关闭蜂鸣器：
./beepApp /dev/beep 0 //关闭蜂鸣器
输入上述命令以后观察开发板上的蜂鸣器是否停止鸣叫。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
rmmod beep.ko
