Linux學習筆記之小目標一：用QT介面操作板子LED

一、目標：用QT繪製一個介面，點選開按鈕，板子LED點亮，點選關按鈕，LED熄滅
二、設計知識點：Linux底層IO驅動，核心程式設計，QT程式設計
三、程式碼部分

1、驅動程式碼 qt-led.c

/**************************************
版本記錄： chen :2017-11-11 V1.0
linux核心：2.6
硬體接法：
LED1 –> GPX1_0
LED2 –> GPK1_1
高電平點亮
驅動用法：
裝置名稱：qt-led
點亮一個燈：LED_ON
熄滅一個燈：LED_OFF
點亮所有燈：ALL_LED_ON
熄滅所有燈：ALL_LED_OFF
說明：
***************************************

//Linux通用的標頭檔案
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/device.h>
//針對板子的標頭檔案
#include <mach/gpio.h>
#include <mach/gpio-exynos4.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>

#define DEVICE_NAME "qt-led" /* 裝置名稱 */        
static int LED_Major = 0;    /* 主裝置號 */

#define LED_ON  1
#define LED_OFF 0

#define FIRST_LED   0
#define SECOND_LED  1
#define ALL_LED     2

/* 開啟裝置函式，開啟的時候僅僅做了GPIO申請 */
static int qt_led_open(struct inode *inode,struct file *file) {
    int ret;
    //列印KERN_EMERG是為了區分列印資訊
    printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:qt_led_open_success!\r\n");
    //先釋放GPIO
    gpio_free(EXYNOS4_GPL2(0));
    //申請GPIO
    ret = gpio_request(EXYNOS4_GPL2(0),"LED1");
    if(ret < 0){
        printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:gpio_request EXYNOS4_GPX1_0 fail!\r\n");
        return -1;
    }
    //設定GPIO模式，為output
    s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPL2(0),S3C_GPIO_OUTPUT);
    //給GPIO賦初值，相當於是LED預設關
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPL2(0),0);

    //第二個LED GPIO，跟第一個操作一模一樣
    gpio_free(EXYNOS4_GPK1(1));
    ret = gpio_request(EXYNOS4_GPK1(1),"LED2");
    if(ret < 0){
        printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:gpio_request EXYNOS4_GPK1_1 fail!\r\n");
        return -1;
    }
    s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPK1(1),S3C_GPIO_OUTPUT);
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(1),0);

    return 0;
}
/* 關閉裝置函式，關閉的時候沒做啥，釋放GPIO */
static int qt_led_release(struct inode *inode,struct file *file){
    gpio_free(EXYNOS4_GPL2(0));
    gpio_free(EXYNOS4_GPK1(1));
    printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:qt_led_release_success!\r\n");
    return 0;
}
/* GPIO控制函式 */
static long qt_led_ioctl(struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg){
    printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:qt_led_ioctl!\r\n");

    //由於CMD組合比較複雜，達到目標我只用0.1就可以了，所以沒有組合
    //arg可以是很多值，所以用cmd表示開還是關，arg表示哪一路
    switch(arg){
        case FIRST_LED:{
            gpio_set_value(EXYNOS4_GPL2(0),cmd);
            printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:cmd is :%d,arg is :%ld\r\n",cmd,arg);
            return 0;
            break;
        }
        case SECOND_LED:{
            gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(1),cmd);
            printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:cmd is :%d,arg is :%ld\r\n",cmd,arg);
            return 0;
            break;          
        }
        case ALL_LED:{
            gpio_set_value(EXYNOS4_GPL2(0),cmd);
            gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(1),cmd);
            printk(KERN_EMERG"KERN_EMERG:cmd is :%d,arg is :%ld\r\n",cmd,arg);
            return 0;
            break;          
        }
        default:
            return -EINVAL;
            break;      
    }
}
//由於用的是字元裝置，不是平臺裝置，需要class結構體
static struct class *qt_led_class;
//file_operations結構體，無論字元裝置還是平臺裝置都需要
static struct file_operations qt_led_fs = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = qt_led_open,
    .release = qt_led_release,
    .unlocked_ioctl = qt_led_ioctl,
};


static int qt_led_init(void){
    printk(KERN_EMERG"Led_Drv_Module_Init!\r\n");
    //平臺裝置，要註冊主裝置號
    LED_Major = register_chrdev(0,DEVICE_NAME,&qt_led_fs);
    if(LED_Major < 0){
        printk(KERN_EMERG"Led_Drv_Module_Init_Major_error!\r\n");
        return LED_Major;
    }
    printk(KERN_EMERG"Led_Drv_Module_Init_Major_Success!\r\n");
    //建立class
    qt_led_class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);
    if(IS_ERR(qt_led_class)){
        printk(KERN_EMERG"Err: failed in qt_led_class.!\r\n");
        return -1;
    }
    //建立device
    device_create(qt_led_class,NULL,MKDEV(LED_Major,0),NULL,DEVICE_NAME);
    printk(DEVICE_NAME"initialized.!\r\n");
    return 0;
}

static void qt_led_exit(void){
    //解除安裝裝置，與註冊要相反的操作
    printk(KERN_EMERG"Led_Drv_Module_exit!\r\n");
    unregister_chrdev(LED_Major,DEVICE_NAME);
    device_destroy(qt_led_class,MKDEV(LED_Major,0));
    class_destroy(qt_led_class);
}

MODULE_AUTHOR("Chenxw");        
MODULE_DESCRIPTION("qt LED Driver");    
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
module_init(qt_led_init);
module_exit(qt_led_exit);
 

2、驅動程式碼Makefile

#!/bin/bash
#通知編譯器我們要編譯模組的哪些原始碼
#這裡是編譯qt-led.c這個檔案編譯成中間檔案qt-led.o
obj-m += qt-led.o 

#原始碼目錄變數，這裡使用者需要根據實際情況選擇路徑
#作者是將Linux的原始碼拷貝到目錄/home/topeet/workstation下並解壓的
KDIR := /home/topeet/workstation/iTop4412_Kernel_3.0

#當前目錄變數
PWD ?= $(shell pwd)

#make命名預設尋找第一個目標
#make -C就是指呼叫執行的路徑
#$(KDIR)Linux原始碼目錄，作者這裡指的是/home/topeet/workstation/iTop4412_Kernel_3.0
#$(PWD)當前目錄變數
#modules要執行的操作
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

#make clean執行的操作是刪除字尾為o的檔案
clean:
    rm -rf *.o *.ko *.mod.c *.symvers *.order
 

3、由於驅動C語言寫的，QT是C++寫的，需要寫一個給QT的C語言介面檔案，給C++提供操作驅動的介面函式

4、核心介面檔案led-c.c

#include "led-c.h"
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

//檔案控制代碼申明和初始化
int qt_led_fd = 0;
//qt呼叫的檔案開啟函式
int qt_led_open(const char *devname){
    //devname 是傳進來的檔案路徑，O_RDWR是可讀可寫
    qt_led_fd = open(devname,O_RDWR);
    if(qt_led_fd < 0){
        printf("Open device %s failed!\r\n",devname);
        return -1;
    }
    printf("Qt-led driver is ok,open success!\r\n");
    return 0;
}
//qt呼叫的檔案操作函式
int qt_led_ioctl(unsigned int cmd, unsigned long led_num){
    //cmd是控制開還是關，led_num就是arg，控制哪一個燈
    ioctl(qt_led_fd,cmd,led_num);
    return 0;
}

int qt_led_close(void){
    //如果有檔案開啟，就去關閉開啟的那個檔案
    if(qt_led_fd){
        close(qt_led_fd);
    }
    printf("Dev qt led closed!\r\n");
    return 0;
}

5、核心介面檔案的標頭檔案led-c.h

#ifndef LEDC_H
#define LEDC_H
//這是一段cpp的程式碼，加入extern "C"{和}處理其中的程式碼
//C++和C對產生的函式名字的處理是不一樣的，C++為了相容C
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
    #endif
    extern int qt_led_open(const char *devname);
    int qt_led_ioctl(unsigned int cmd,unsigned long led_num);
    extern int qt_led_close();
    extern int qt_led_fd;
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif // LEDC_H

6、窗體檔案mainwindow.cpp

//窗體設計可以自己一行程式碼一行程式碼敲
#include "mainwindow.h"
//窗體設計還可以用QT自帶的UI設計，區別在於自動生成程式碼，檔案前面自動新增ui標識
#include "ui_mainwindow.h"

//add by chen
#include "led-c.h"
//cmd取值
#define LED_ON  1
#define LED_OFF 0
//arg取值
#define FIRST_LED   0
#define SECOND_LED  1
#define ALL_LED     2
//裝置檔案位置，名字要跟驅動裡面保持一致
#define LED_DEVICE "/dev/qt-led"
//add by chen end

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

//add by chen
    //設定視窗名字，還可以設定圖片，這裡就不加了
    this->setWindowTitle("Chen qt led test!");
    //例項化一個按鈕
    button_led_on = new QPushButton(this);
    //設定按鈕位置，大小
    button_led_on->setGeometry(QRect(20,20,100,100));
    //設定按鈕顯示文字
    button_led_on->setText("led_on");
    //設定點選事件，訊號是released，槽是燈亮函式
    connect(button_led_on,SIGNAL(released()),this,SLOT(ctl_led_on()));
    /*下面程式碼跟上面一樣了*/
    button_led_off = new QPushButton(this);
    button_led_off->setGeometry(QRect(140,20,100,100));
    button_led_off->setText("led_off");
    connect(button_led_off,SIGNAL(released()),this,SLOT(ctl_led_off()));

    button_led_all_on = new QPushButton(this);
    button_led_all_on->setGeometry(QRect(20,140,100,100));
    button_led_all_on->setText("led_all_on");
    connect(button_led_all_on,SIGNAL(released()),this,SLOT(ctl_led_all_on()));

    button_led_all_off = new QPushButton(this);
    button_led_all_off->setGeometry(QRect(140,140,100,100));
    button_led_all_off->setText("led_all_off");
    connect(button_led_all_off,SIGNAL(released()),this,SLOT(ctl_led_all_off()));

    button_close_led_dev = new QPushButton(this);
    button_close_led_dev->setGeometry(QRect(260,140,100,100));
    button_close_led_dev->setText("close_dev");
    /*由於要除錯，在手動退出後文件未被關閉，增加一個按鈕主動關閉檔案*/
    connect(button_close_led_dev,SIGNAL(released()),this,SLOT(ctl_close_led_dev()));

    qt_led_open(LED_DEVICE);
    printf("C++ Open %s \r\n",LED_DEVICE);
//add by chen finished

}

//add by chen
//控制燈亮函式
void MainWindow::ctl_led_on(){
    qt_led_ioctl(LED_ON,FIRST_LED);
    printf("Qt ctl_led_on IO here!\r\n");
    printf("Qt cmd is:%d,arg is :%d\r\n",LED_ON,FIRST_LED);
}

void MainWindow::ctl_led_off(){
    qt_led_ioctl(LED_OFF,FIRST_LED);
    printf("Qt ctl_led_off IO here!\r\n");
    printf("Qt cmd is:%d,arg is :%d\r\n",LED_OFF,FIRST_LED);
}

void MainWindow::ctl_led_all_on(){
    qt_led_ioctl(LED_ON,ALL_LED);
    printf("Qt ctl_led_all_on IO here!\r\n");
    printf("Qt cmd is:%d,arg is :%d\r\n",LED_ON,ALL_LED);
}

void MainWindow::ctl_led_all_off(){
    qt_led_ioctl(LED_OFF,ALL_LED);
    printf("Qt ctl_led_all_off IO here!\r\n");
    printf("Qt cmd is:%d,arg is :%d\r\n",LED_OFF,ALL_LED);
}

void MainWindow::ctl_close_led_dev(){
    qt_led_close();
}

//add by chen finished

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
    /*關閉窗體後要記得關閉檔案*/
    qt_led_close();//add by chen
}

7、窗體檔案標頭檔案mainwindow.h

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
//add by chen 
#include <QPushButton>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
//add by chen end

namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
    ~MainWindow();

private:
    Ui::MainWindow *ui;

//add by chen
//私有成員，宣告按鈕
private:
    QPushButton *button_led_on;
    QPushButton *button_led_off;
    QPushButton *button_led_all_on;
    QPushButton *button_led_all_off;
    QPushButton *button_close_led_dev;
//公有成員，宣告事件實現槽函式
public slots:
    void ctl_led_on();
    void ctl_led_off();
    void ctl_led_all_on();
    void ctl_led_all_off();
    void ctl_close_led_dev();
//add by chen end
};

#endif // MAINWINDOW_H

四、效果圖
Qt介面效果圖

五、實際效果

先載入模組 insmod qt-led.ko
再執行Qt程式 qt-led -qws &

我的板子是有觸控，可以接滑鼠。程式執行後兩個燈都是出於滅的狀態，點選led_on，第一個燈亮了，點選led_off第一個燈滅了。點選led_all_on,兩個燈都亮了，點選led_all_off,兩個燈都滅了。點選close_dev，然後再重複上面的操作，燈無變化，達到效果。

六、總結

買了書也兩個禮拜了，本人從13年畢業到現在一直從事於硬體工作，從方案選型到原理圖設計和PCB layout乃至量產等經驗倒是一大堆。一直想學習linux部分內容，自己倒騰了這麼久總算是完成第一個小目標。通過介面操作LED，Android部分還沒去看。不得不說，linux學起來還有點吃力，理解和要記憶的一大堆，自我感覺還沒入門，再接再厲。留下記錄部落格，以供自勉，如有同道之人願意一起交流，無比樂意。