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嵌入式Linux驱动开发：LED实验

news 来源：原创 2025/4/25 12:50:35

在嵌入式Linux驱动开发中，LED实验可以通过多种方式实现，主要包括设备树下的LED实验、新字符设备驱动的LED实验和GPIO子系统的LED实验。这三种方式在硬件资源管理、驱动架构和开发流程上有显著区别，下面从多个维度进行对比分析：

新字符设备驱动实验
直接在驱动代码中硬编码硬件资源（如寄存器地址、GPIO引脚号），通过ioremap手动映射寄存器并操作。例如：
```
void __iomem *GPIO1_DR = ioremap(0x0209C000, 0x04); // 直接写死寄存器地址
```
缺点：代码与硬件绑定，移植性差，需重新编译驱动才能适配不同板卡。
设备树下的LED实验
通过设备树（DTS）动态描述硬件资源（如寄存器地址、GPIO组和引脚），驱动通过OF函数（如of_iomap）从设备树中获取资源。例如：
```
alphaled {reg = <0x0209C000 0x04>; // 寄存器地址和长度
};
```
优点：硬件配置与驱动分离，更换板卡时仅需修改设备树，无需重新编译驱动。
GPIO子系统的LED实验
依赖GPIO子系统和Pinctrl子系统。设备树中定义GPIO引脚和电气属性，驱动通过gpiod_get等API操作GPIO。例如：
```
leds {compatible = "gpio-leds";led1 {gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; // 使用GPIO子系统};
};
```
优点：完全遵循Linux驱动分层思想，无需直接操作寄存器，代码最简洁。

新字符设备驱动
- 需手动实现file_operations结构体（如open、write）。
- 需处理设备号申请、cdev注册等底层操作。
- 典型流程：register_chrdev → ioremap → 操作寄存器。
设备树下驱动
- 仍基于字符设备框架，但通过设备树传递硬件参数。
- 需使用OF函数（如of_property_read_u32_array）解析设备树。
- 典型流程：解析设备树 → 资源映射 → 注册字符设备。
GPIO子系统驱动
- 直接调用GPIO子系统API（如gpiod_set_value）。
- 无需关心寄存器映射，Pinctrl子系统自动配置引脚复用和电气属性。
- 典型流程：设备树定义GPIO → 驱动调用gpiod_get → 控制LED。

示例对比：

同一驱动在STM32MP157和i.MX6ULL上移植：
- 新字符驱动需重写寄存器地址。
- 设备树驱动仅需调整.dts中的reg属性。
- GPIO驱动无需修改代码，只需调整设备树的gpios属性。

GPIO子系统驱动效率最高：
- 内核已提供leds-gpio.c等框架，支持自动创建设备节点和Trigger功能（如心跳灯、定时闪烁）。
- 设备树中可定义默认状态和Trigger：
```
linux,default-trigger = "heartbeat"; // 心跳效果
default-state = "on";               // 默认点亮
```
新字符设备驱动维护成本高：
任何硬件变更都需重新编译驱动，且易出现引脚冲突（如I2C和UART复用同一引脚未检测）。

维度	新字符设备驱动	设备树下驱动	GPIO子系统驱动
硬件绑定	强（代码写死）	中（设备树描述）	弱（标准化API）
开发复杂度	高（需操作寄存器）	中（需解析设备树）	低（直接调用GPIO函数）
移植性	差	良	优
适用场景	教学、底层研究	自定义硬件配置	量产、快速开发