4. GPIO 实战：LED 驱动与心跳灯

GPIO 是嵌入式驱动里最基础、也最直观的外设。说白了，它就是芯片伸出来的一个个引脚，你可以控制它输出高电平或低电平。今天我们就拿全志 T113 上的 LED 练手，从硬件连接一路写到驱动代码，最后做个心跳灯效果。

我个人习惯，学一个新平台的 GPIO 驱动，一定先点亮一个 LED。这步走通了，后面 I2C、SPI、UART 的驱动框架就都顺了。

本章核心目标： 掌握 T113 GPIO 的设备树描述方式、驱动框架编写方法，以及用户态控制 GPIO 的完整链路。

4.1 LED 硬件连接

先看硬件。T113 开发板上通常预留了用户 LED，我手头这块板子的 LED 接在 PH11 引脚上。什么意思？P 表示端口，H 是端口号，11 是端口内的引脚序号。

电路很简单：LED 正极通过一个 470Ω 限流电阻接到 PH11，负极接地。GPIO 输出高电平时 LED 亮，低电平时灭。

信号 引脚 方向 说明
LED_PIN PH11 输出 高电平点亮
GND 地 - 公共地
小提示： 拿到新板子，第一件事就是看原理图，确认 LED 引脚号和电平逻辑。我遇到过板子 LED 是低电平点亮，驱动写反了，灯死活不亮。

4.2 设备树节点编写

Linux 下，硬件信息通过设备树描述。T113 的设备树文件在 arch/arm/boot/dts/sun8i-t113.dtsi 里。我们要做的是在板级 dts 文件中添加一个 LED 子节点。

为什么用设备树？因为驱动代码不写死引脚号，换板子只需改 dts，不用重新编译驱动。这个设计思路很实用。

// 在 &pio 节点下添加
leds {
    compatible = "gpio-leds";
    status = "okay";

    heartbeat-led {
        label = "heartbeat";
        gpios = &pio 3 11 GPIO_ACTIVE_HIGH;
        linux,default-trigger = "heartbeat";
    };
};

这里解释几个关键字段：

  • compatible：匹配内核里的 gpio-leds 驱动，这个驱动是内核自带的。
  • gpios：&pio 3 11 表示 PH 端口（端口号 3），引脚 11。GPIO_ACTIVE_HIGH 表示高电平有效。
  • linux,default-trigger：指定默认触发器，heartbeat 就是内核自带的心跳灯效果。
注意： 端口号从 0 开始计数。PA=0, PB=1, PC=2, PH=3。写错了设备树编译不会报错，但驱动加载时会找不到引脚。

4.3 驱动代码实现

设备树写好了，内核自带的 gpio-leds 驱动就能自动识别。但为了讲清楚原理，我们自己写一个简单的 LED 驱动。

驱动核心就三步：

  1. 从设备树获取 GPIO 编号
  2. 申请 GPIO 并设置为输出
  3. 控制 GPIO 输出电平
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct device *dev = &pdev->dev;
    int gpio, ret;

    // 从设备树获取 GPIO
    gpio = of_get_named_gpio(dev->of_node, "gpios", 0);
    if (!gpio_is_valid(gpio)) {
        dev_err(dev, "invalid gpio\n");
        return -EINVAL;
    }

    // 申请 GPIO
    ret = devm_gpio_request(dev, gpio, "my_led");
    if (ret) {
        dev_err(dev, "gpio request failed\n");
        return ret;
    }

    // 设置为输出，初始低电平
    gpio_direction_output(gpio, 0);

    // 保存 gpio 到平台数据
    platform_set_drvdata(pdev, (void *)(long)gpio);

    dev_info(dev, "led probe ok, gpio=%d\n", gpio);
    return 0;
}

static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    int gpio = (long)platform_get_drvdata(pdev);
    gpio_set_value(gpio, 0);
    dev_info(&pdev->dev, "led removed\n");
    return 0;
}

static const struct of_device_id led_of_match[] = {
    { .compatible = "my-led" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);

static struct platform_driver led_driver = {
    .probe  = led_probe,
    .remove = led_remove,
    .driver = {
        .name = "my_led",
        .of_match_table = led_of_match,
    },
};

module_platform_driver(led_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");

驱动写好后，设备树 compatible 要改成 "my-led"，然后编译、加载。加载成功后，在 /sys/class/gpio 下就能看到对应的 gpio 节点。

调试技巧： 用 echo 1 > /sys/class/gpio/gpioXXX/value 可以手动控制 LED 亮灭。这是最直接的验证方法。

4.4 创建心跳灯效果

心跳灯就是 LED 按一定节奏闪烁，模拟心跳。内核里已经实现了 heartbeat 触发器，但为了加深理解，我们自己写一个。

思路很简单：用内核定时器，每隔一定时间翻转 GPIO 电平。时间间隔模拟心跳节奏——快一下、慢一下。

static struct timer_list led_timer;
static int led_gpio;
static int beat_count = 0;

static void led_heartbeat(struct timer_list *t)
{
    int delay;

    // 翻转电平
    gpio_set_value(led_gpio, beat_count % 2);
    beat_count++;

    // 心跳节奏：快-慢-快-慢
    if (beat_count % 2 == 0)
        delay = 200;  // 亮 200ms
    else
        delay = 600;  // 灭 600ms

    mod_timer(&led_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(delay));
}

static int __init heartbeat_init(void)
{
    // 获取 GPIO（这里简化，实际应从设备树获取）
    led_gpio = 11;  // PH11

    gpio_request(led_gpio, "heartbeat");
    gpio_direction_output(led_gpio, 0);

    timer_setup(&led_timer, led_heartbeat, 0);
    mod_timer(&led_timer, jiffies + HZ);

    return 0;
}

static void __exit heartbeat_exit(void)
{
    del_timer(&led_timer);
    gpio_set_value(led_gpio, 0);
    gpio_free(led_gpio);
}

module_init(heartbeat_init);
module_exit(heartbeat_exit);

这段代码里，我用了 mod_timer 重新设置定时器，而不是用 add_timer。为什么？因为 mod_timer 可以动态修改超时时间，适合心跳这种变节奏的场景。

曾经踩过的坑： 定时器回调函数里不能调用可能导致睡眠的函数，比如 gpio_request、kmalloc。因为定时器回调是在软中断上下文执行的。我当时在回调里调了 printk 太多，导致系统卡死，查了半天才发现是日志刷屏。

4.5 知识结构图

下面这张图总结了本章的核心流程，从硬件到驱动再到用户态控制：

GPIO LED 驱动知识结构图 GPIO LED 驱动开发流程 硬件连接 设备树节点 驱动代码 描述 匹配 用户态控制 sysfs 接口 心跳灯效果 定时器控制 💡 关键点： 设备树解耦硬件描述，驱动专注逻辑控制，用户态通过 sysfs 灵活操作。

4.6 调试与故障定位

驱动写好了，灯不亮怎么办？别急，按下面几步排查：

现象 可能原因 排查方法
设备树加载失败 compatible 不匹配 检查 dmesg，看是否有 "of_device_id" 相关错误
GPIO 申请失败 引脚被其他驱动占用 查看 /sys/kernel/debug/gpio，确认引脚状态
LED 不亮 电平逻辑反了 用万用表测引脚电压，确认高电平是否输出
心跳灯不闪烁 定时器未启动 检查 mod_timer 返回值，确认定时器已加入队列
我的经验： 调试 GPIO 驱动，最有效的工具就是 /sys/kernel/debug/gpio。它能显示每个 GPIO 的当前状态、被谁申请、方向是什么。我每次写 GPIO 驱动，第一步就是 cat 这个文件，确认引脚没被占用。

嗯，到这里，LED 驱动和心跳灯效果就全部实现了。从硬件连接、设备树、驱动代码到用户态控制，这条链路走通了，T113 的 GPIO 开发你就入门了。后面遇到更复杂的外设，思路是一样的——先确认硬件，再写设备树，最后实现驱动逻辑。

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