{"id":138,"date":"2018-05-24T13:11:53","date_gmt":"2018-05-24T13:11:53","guid":{"rendered":"http:\/\/mike-netz.biz\/?p=138"},"modified":"2025-10-26T17:43:50","modified_gmt":"2025-10-26T17:43:50","slug":"eigener-gpio-treiber-raspberry-pi-3-model-b","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mike-netz.biz\/?p=138","title":{"rendered":"Eigener Linux-GPIO-Treiber f\u00fcr Raspberry Pi 3 Model B"},"content":{"rendered":"

Seit geraumer Zeit liegt ein Raspi 3 ganz einsam und verstaubt auf meinem Schreibtisch. Es ist an der Zeit, seinen gelangweilten Prozessor in Schwung zu bringen! Wie f\u00e4ngt man an? Nat\u00fcrlich mit einer LED-Bliki-App und als Special<\/em> mit eigenen Linux-Treiber. Okay, ist nicht weltbewegend, aber als „Hello World App“ akzeptabel.<\/p>\n

Inhalt und Ausblick
\n<\/strong><\/p>\n

In diesem Beitrag gebe ich einen kurzen \u00dcberblick, wie man einen Linux-Treiber erstellt und auf einen Raspi 3 anwendet. In den folgenden Beitr\u00e4gen werden ein Bustreiber und eine Qt-GUI mit Threads erstellt.<\/p>\n

Breadboard mit Schaltung<\/strong><\/p>\n

Die Raspi-Pins sind auf ein Breadboard herausgef\u00fchrt. Auf dem Breadboard befindet sich eine LED und ein Schalter nebst Entprellung. Der Taster-Eingang liegt auf Pin 5 (Breadboard: 105) und LED-Ausgang liegt auf Pin 4 (Breadboard: 104).<\/p>\n

\"Brake-out-Panal\"<\/p>\n

Linux aktualisieren
\n<\/strong><\/p>\n

Zuerst muss der Linux-Software aktualisiert werden:<\/p>\n

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update<\/pre>\n
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get uprade<\/pre>\n
Linux-Headers sind passend zum neusten Kernel (aktuell 4.14.34-v7+)  down-zu-loaden und zu \u00fcberpr\u00fcfen:<\/p>\n
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install raspberrypi-kernel-headers<\/pre>\n
pi@raspberrypi:~ $ uname -r<\/pre>\n
Treiber erstellen<\/strong><\/p>\n
Nun wird die Treiberdatei l<\/span>ed_device_driver.c<\/span><\/strong> erstellt. Der Treiber beinhaltet die Treiberfunktionen led_device_open()<\/span><\/strong>, led_device_close()<\/span><\/strong>,  led_device_read()<\/span><\/strong> und led_device_write() <\/span><\/strong>.<\/p>\n
#include <linux\/module.h>\n#include <linux\/fs.h>\n#include <linux\/cdev.h>\n#include <linux\/gpio.h>\n#include <linux\/uaccess.h>\n\n#define DEVICE_NAME \"led_device\"\n#define CLASS_NAME \"chardrv\"\n\n\nstatic dev_t first; \/\/ Globale Variable: device number\nstatic struct cdev c_dev; \/\/ Globale Variable: character device structure\nstatic struct class *cl; \/\/ Globale Variable: device class\n\nstatic int led_device_open(struct inode *inode_str, struct file *file_str)\n{\n    int err;\n\n    printk(\"led_device_open() \\n\");\n\n    \/\/ Pin 4 belegen\n    err = gpio_request(4, \"rpi-gpio-4\");\n\n    if(err)\n    {\n        printk(\"request failed %d : rpi-gpio-4 \\n\", err);\n        return -1;\n    }\n\n    \/\/ Pin als Output festlegen\n    err = gpio_direction_output(4, 0);\n\n    if(err)\n    {\n        printk(\"gpio_direction_output failed %d : rpi-gpio-4 \\n\", err);\n        gpio_free(4);\n        return -1;\n    }\n\n    \/\/Pin 5 belegen\n    err = gpio_request(5, \"rpi-gpio-5\");\n\n    if(err)\n    {\n        printk(\"request failed %d : rpi-gpio-5 \\n\", err);\n        return -1;\n    }\n    \n    \/\/ Pin 5 aus Input festlegen\n    err = gpio_direction_input(5);\n\n    if(err)\n    {\n        printk(\"gpio_direction_output failed %d : rpi-gpio-5 \\n\", err);\n        gpio_free(5);\n        return -1;\n    }\n\n    return 0;\n}\n\nstatic int led_device_close(struct inode *inode_str, struct file *file_str)\n{\n    printk(\"led_device_close() \\n\");\n\n    \/\/Pins freigeben\n    gpio_free(4);\n    gpio_free(5);\n\n    return 0;\n}\n\n\nstatic ssize_t led_device_read( struct file *file_str,\n\t\t\t\tchar __user *user,\n\t\t\t\tsize_t\tsize,\n\t\t\t\tloff_t *offset)\n{\n    unsigned long not_copied, copied;\n    size_t delta_copied = 0;\n    u32 value = 0;\n\n    printk(\"led_device_read() \\n\");\n\n    \/\/Input 5\n    value = gpio_get_value(5);\n    copied = min(size, sizeof(value));\n    \/\/ Pin-Wert einlesen\n    not_copied = copy_to_user(user, &value, copied);\n    delta_copied = copied - not_copied;\n\n    return delta_copied;\n}\n\n\nstatic ssize_t led_device_write( struct file *file_str,\n\t\t\t\t const char __user *user,\n\t\t\t\t size_t size,\n\t\t\t\t loff_t *offset)\n{\n    unsigned long not_copied, copied;\n    size_t delta_copied;\n  \tu32 value = 0;\n\n    printk(\"led_device_write() \\n\");\n\n    copied = min(size, sizeof(value));\n    \/\/ Pin-Wert setzen\n    not_copied = copy_from_user(&value, user, copied);\n\n  \tif (value == 0 )\n  \t\tgpio_set_value(4,0);\n  \telse\n  \t\tgpio_set_value(4,1);\n\n    delta_copied = copied - not_copied;\n\n  \treturn delta_copied;\n}<\/pre>\n
Nun die Funktionen den Systemcalls zuweisen:<\/p>\n
static struct file_operations hellomike_fops =\n{\n    .owner = THIS_MODULE,\n    .open = led_device_open,\n    .release = led_device_close,\n    .write = led_device_write,\n    .read = led_device_read,\n};<\/pre>\n
Der Treiber wird mit der Funktion led_device_init()<\/span><\/strong> geladen und mit der Funktion led_device_exit()<\/span><\/strong> entladen, dazu m\u00fcssen die beiden Funktionen jeweils module_init()<\/span><\/strong> und module_exit()<\/span><\/strong> zugewiesen werden. Wichtig! Die richtige Lizenz ausw\u00e4hlen.<\/p>\n
static int __init led_device_init(void)\n{\n  \tprintk(\"led_device_init() \\n\");\n\n  \t\/\/ Vom Kernel wird eine Gr\u00e4tenummer vergeben und zugewiesen\n    \/\/ F\u00fcr Embedded Ger\u00e4te kann alternativ mit MKDEV() eine feste Ger\u00e4tenummer vergeben\n    \/\/ und register_chrdev_region() zugewiesen werden.\n    \/\/ Bspw. MKDEV(0,248): Ger\u00e4tenummer wird aus beiden Nummern gebildet.\n  \tif (alloc_chrdev_region(&first, 0, 1, DEVICE_NAME) < 0)\n  \t{\n  \t    return -1;\n  \t}\n\n  \t\/\/Erzeugt: struct class structure\n  \tif ((cl = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME)) == NULL)\n  \t{\n  \t    unregister_chrdev_region(first, 1);\n  \t    return -1;\n  \t}\n\n    \/\/ In Sys-Filsystem eintragen und Ger\u00e4tedatei erzeugen.\n  \tif (device_create(cl, NULL, first, NULL, DEVICE_NAME) == NULL)\n  \t{\n  \t    class_destroy(cl);\n  \t    unregister_chrdev_region(first, 1);\n  \t    return -1;\n  \t}\n\n  \tcdev_init(&c_dev, &hellomike_fops);\n\n    \/\/ Treiber beim Kernel anmelden\n  \tif (cdev_add(&c_dev, first, 1) == -1)\n  \t{\n  \t    device_destroy(cl, first);\n  \t    class_destroy(cl);\n  \t    unregister_chrdev_region(first, 1);\n  \t    return -1;\n  \t}\n\n    return 0;\n}\n\nstatic void __exit led_device_exit(void)\n{\n    printk(\"led_device_exit() \\n\");\n\n    \/\/ Abmelden und freigeben\n    cdev_del(&c_dev);\n    device_destroy(cl, first);\n    class_destroy(cl);\n    unregister_chrdev_region(first, 1);\n}\n\nmodule_init(led_device_init);\nmodule_exit(led_device_exit);\n\nMODULE_LICENSE(\"GPL\");<\/pre>\n
Makefile erstellen:<\/p>\n
obj-m += led_device_driver.o\n\nall:\n\tmake -C \/lib\/modules\/$(shell uname -r)\/build M=$(PWD) modules\n\nclean:\n\tmake -C \/lib\/modules\/$(shell uname -r)\/build M=$(PWD) clean<\/pre>\n
Treiber erstellen mit make<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ make<\/pre>\n
laden:<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ sudo insmod led_device_driver.ko<\/pre>\n
Zugriff f\u00fcr andere erm\u00f6glichen:<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ sudo chmod 777 \/dev\/led_device<\/pre>\n
Ist der Treiber geladen?<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ cat \/proc\/devices<\/pre>\n
Treiber testen<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ echo \"test\" > \/dev\/led_device<\/pre>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/driver\/led_device_driver $ dmesg<\/pre>\n
Applikation
\n<\/strong><\/p>\n
Nun wird eine kleine Applikation in C erstellt.<\/p>\n
#include <stdio.h>\n#include <unistd.h>\n#include <fcntl.h>\n#include <time.h>\n\n#define BUFFER_LENGTH 1\nstatic char switch_value[BUFFER_LENGTH];\n\nint main(int argc, char **argv, char **envp )\n{\n    int fd_i, led_value, switch_ret, count_i;\n    struct timespec timesleep_str;\n\n    switch_value[0] = 0;\n\n    \/\/ Treiben f\u00fcr Lesen und Schreiben \u00f6ffnen\n    fd_i = open(\"\/dev\/led_device\", O_RDWR);\n\n    if(fd_i < 0)\n    {\n        printf(\"Kann Treiber led_device nicht \u00f6ffnen :-( !\\n\");\n        return -1;\n    }\n\n    \/\/ Aktuellen Wert des Tasters abfragen\n    switch_ret = read(fd_i, &switch_value, BUFFER_LENGTH);\n\n    if(switch_value[0] == 1)\n    {\n          printf(\"Ausgeschaltet !\\n\");\n    }\n    else\n    {\n          printf(\"Eingeschaltet !\\n\");\n    }\n\n    if(switch_ret < 0)\n    {\n        printf(\"Keine gelesende Daten !\\n\");\n\n        return -1;\n    }\n\n    \/\/ Die LED soll mit 0,5s blinken\n    timesleep_str.tv_sec = 0;\n    timesleep_str.tv_nsec = 500000000;\n\n    \/\/ Blinken f\u00fcr 2min oder bist der Taster bet\u00e4tigt wurde\n    while(count_i < 120 && switch_value[0] == 0)\n    {\n        \/\/ Status des Tasters abfragen\n        switch_ret = read(fd_i, &switch_value, BUFFER_LENGTH);\n        led_value = 1;\n        \/\/ LED einschalten\n        write(fd_i, &led_value, sizeof(led_value));\n        clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &timesleep_str, NULL);\n        led_value = 0;\n        \/\/LED ausschalten\n        write(fd_i, &led_value, sizeof(led_value));\n        clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &timesleep_str, NULL);\n        count_i++;\n    }<\/pre>\n
Programm kompelieren:<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/apps\/led-device-app $ gcc -I . -o led_device_app led_device_app.c\n<\/pre>\n
Programm ausf\u00fchren<\/p>\n
pi@raspberrypi:~\/embedded\/apps\/led-device-app $ .\/led_device_app<\/pre>\n
Die LED leuchtet f\u00fcr 2 Minuten oder bis der Taster bet\u00e4tigt wird.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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