基于Myir的i.MX6ULL核心板开发简介
米尔公司（Myir）推出的MYC-Y6ULY2核心板，是基于NXP高效能i.MX6ULL处理器的一款入门级、高性价比的嵌入式平台，适用于开发各类普及型嵌入式Linux应用系统。该核心板内置了网络芯片，在外围电路设计上比较方便。目前市场上有NAND和EMMC两种版本，可根据具体需求选择不同容量的核心板。
i.MX6ULL处理器的主要特性如下表所示。
MYC-Y6ULY2核心板的系统框图如下所示。
MYC-Y6ULY2核心板和底板采用1.0mm间距的邮票孔相连方式，其顶视图如下所示。
本例使用的型号为MYC-Y6ULY2-256N256D-50-C的核心板，为NANDFLASH版本，其RAM和FLASH容量均为256M，具体规格参数如下表所示。
核心板的引脚功能介绍如下表所示。
i.MX6UL和i.MX6ULL处理器启动时会首先执行芯片内部Boot ROM中的程序。Boot ROM会根据BOOT_MODE寄存器、eFUSEs、启动相关的GPIO等状态来决定下一步执行动作。
BOOT_MODE寄存器的值取决于初始上电阶段BOOT_MODE0和BOOT_MODE1两个管脚的电平，以此决定CPU的启动模式，具体对应如下表所示。
通过前面的引脚图中可知，在核心板内部已经对BOOT_MODE0和BOOT_MODE1管脚通过10K电阻上拉（即上图中的保留值），当需要把这两个管脚设置为低电平时，可用1K电阻下拉至地。
在研发阶段，通常将CPU设置为internal Boot模式，在此模式下CPU在上电复位时会读取处理器LCD_DATA0-DATA23管脚的电平状态来决定启动的设备。在MYC-Y6ULY2核心板内部已经对LCD_DATA0-DATA23做了相应的处理，底板设计时只需对以下两个管脚做配置即可。
下表是基于eMMC版本核心板启动位配置。
下表是基于NANDFLASH版本核心板启动位配置，即本例的配置方式。
MYC-Y6ULY2核心板将i.MX6UL/i.MX6ULL芯片的所有IO管脚全部引出，除了ENET1占用的管脚以及Nand Flash/eMMC占用的管脚，其它管脚可以基于芯片支持的功能由用户自由分配相应的信号。
MYC-Y6ULY2-256N256D-50-C核心板上基于NANDFLASH的，默认情况下，它被划分为5个分区，可在开发板上通过命令“cat /proc/mtd”查看，具体如下图所示。
从上图中可以看出，mtd3分区就是专门用来存储设备树的，修改后的设备树二进制文件需要烧写到mtd3分区中，在核心板上使用以下命令来进行。
1、flash_erase /dev/mtd3 0 0。此命令先擦除mtd3分区的内容。
2、nandwrite -p /dev/mtd3 ./*.dtb。此命令用来向mtd3分区烧写dtb文件。dtb文件可以通过nfs方式获取，其文件名无关紧要。
在写入后为确保已实际写入NANDFLASH中，可以执行一下同步sync命令。另外，也可以使用相同的方法来烧写内核和根文件系统。
目前核心板上运行的Linux内核版本为5.10.9。其内核源代码可通过网址下载。解压后在源码目录直接执行build.sh脚本进行编译。
下面讨论一下与设备树有关的几个文件，这些文件都位于源码目录arch/arm/boot/dts/下。
1、imx6ully2-pinfunc.h及imx6ully2-pinfunc-snvs.h。
2、imx6ull-y2.dtsi及imx6ul-g2.dtsi。
3、myb-imx6ull-14x14-base.dts及myb-imx6ul-14x14.dtsi。
4、myd-y6ull-gpmi-weim.dts。
最终的设备树是myd-y6ull-gpmi-weim.dts，它也是编译后生成的设备树（名称为myd-y6ull-gpmi-weim.dtb），在该设备树中有&iomuxc节点，可进行GPIO端口（除5以外）的pinctrl子系统配置。myd-y6ull-gpmi-weim.dts包含了上一级设备树myb-imx6ull-14x14-base.dts，在该设备树中有&iomuxc_snvs节点，可进行GPIO5端口的pinctrl子系统配置。myb-imx6ull-14x14-base.dts包含了上一级设备树imx6ull-y2.dtsi和myb-imx6ul-14x14.dtsi，在imx6ull-y2.dtsi中包含有根节点及soc节点，可进行gpio子系统的配置。imx6ull-y2.dtsi包含了上一级设备树imx6ul-g2.dtsi和两个头文件imx6ully2-pinfunc.h及imx6ully2-pinfunc-snvs.h，在这些头文件中可以查到pinctrl配置需要的端口名称。
综上所述，在myd-y6ull-gpmi-weim.dts和myb-imx6ull-14x14-base.dts中配置pinctrl子系统，所需端口名称在imx6ully2-pinfunc.h及imx6ully2-pinfunc-snvs.h中查找。然后在imx6ull-y2.dtsi中配置gpio子系统。
在默认设备树配置下，GPIO5_0被用作key输入，GPIO5_1被用作系统心跳led指示（在myb-imx6ul-14x14.dtsi中配置）。经过测试，空闲的IO端口有：GPIO1_5、GPIO1_9、GPIO4_14、GPIO5_2\3\4\7\8等8个引脚。也就是说，这些引脚没有被系统或其他应用使用，可以用来做为输入/出引脚。
下面看一下在设备树文件myb-imx6ul-14x14.dtsi中描述的系统心跳led灯节点配置，如下图所示。
从上述配置中可以看到，默认的系统led使用的是引脚gpio5_1。相应的pinctrl配置在文件myb-imx6ul-14x14.dtsi的&iomuxc子节点中，具体如下所示。
假设要把它改到gpio5_4引脚上，只需要把节点leds中的gpios部分改为“gpios = <&gpio5 4 GPIO_ACTICE_LOW>”，然后把pinctrl中的fsl,pins改为MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER4_GPIO5_IO04 0x1b0b0即可。然后在源码根目录下执行“sudo make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs”进行设备树的编译。成功后把文件myd-y6ull-gpmi-weim.dtb拷贝到NFS的挂载目录下，然后在开发板端依次执行以下命令：（1）flash_erase /dev/mtd3 0 0；（2）nandwrite -p /dev/mtd3 /mnt/myd-y6ull-gpmi-weim.dtb；（3）sync。然后重启开发板，启动后就可看到系统的心跳led灯已经换到了gpio5_4引脚上了，整个过程不需要更改驱动程序。
最后来看一个按键的中断线程实例。假设按键接在gpio5_3，默认为高电平，按下为低电平。
先配置设备树，先打开文件myb-imx6ull-14x14-base.dts，在&iomuxc_snvs节点下，输入以下内容来配置pinctrl。
pinctrl_button: buttongrp { fsl,pins = < MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03 0x10b0 >; };
然后打开文件imx6ull-y2.dtsi，在根节点下输入以下内容来配置gpio子系统。
my_button { compatible = "my,button"; gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; //低电平有效 pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&pinctrl_button>; };
然后是驱动程序，名称为btn.c。
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/mod_devicetable.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/gpio/consumer.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/atomic.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/delay.h> #define DEVICE_NAME "button" //定义设备名称 #define CLASS_NAME "my_button_class" //定义类名称 //以下定义一个btn的私有结构体 struct my_button { dev_t dev_id; //定义设备号 struct cdev btn_cdev; //定义字符型结构体 struct device *device_button; //创建的设备 struct gpio_desc *gpio; //定义端口描述符 int irq; //定义中断号 wait_queue_head_t wq; //定义等待队列 atomic_t available; //定义原子变量 }; static struct class *btn_class; //定义类结构体 //实现open函数，为file_oprations结构体成员函数 static int button_open(struct inode *inode, struct file *filp) { struct my_button *btn = container_of(inode->i_cdev, struct my_button, btn_cdev); filp->private_data = btn; return 0; } //实现read函数，为file_oprations结构体成员函数 static ssize_t button_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) { struct my_button *btn = filp->private_data; int ret, val=1; ret = wait_event_interruptible(btn->wq, atomic_read(&btn->available)); if (ret) return ret; //已确认有事件，清除标志并返回“按下” if (put_user(val, (int __user *)buf)) return -EFAULT; atomic_set(&btn->available, 0); return sizeof(val); } //实现release函数，为file_oprations结构体函数 static int button_release(struct inode *inode, struct file *filp) { return 0; } //填充一个file_oprations类型的结构体，名为button_fops，包含上述声明的成员函数 static const struct file_operations button_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = button_open, .read = button_read, .release = button_release, }; //中断线程处理函数 static irqreturn_t button_thread(int irq, void *dev_id) { struct my_button *btn = dev_id; int state; msleep(20); //延时20ms消抖 //软件（或硬件）消抖后电平已稳定，直接读取逻辑值 state = gpiod_get_value(btn->gpio); if (state) { atomic_set(&btn->available, 1); wake_up_interruptible(&btn->wq); } return IRQ_HANDLED; } /*----------------平台驱动函数集-----------------*/ static int button_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; struct my_button *btn; //以下动态申请led结构体大小的内存 btn = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*btn), GFP_KERNEL); if (!btn) return -ENOMEM; //获取GPIO并配置为输入（匹配无前缀"gpios"属性） btn->gpio = devm_gpiod_get(&pdev->dev, NULL, GPIOD_IN); if (IS_ERR(btn->gpio)) { ret = PTR_ERR(btn->gpio); printk("Failed to get GPIO: %d\n", ret); return ret; } //硬件消抖：i.MX6ULL支持，最大约128ms，此处预设20ms // ret = gpiod_set_debounce(btn->gpio, 20000); // if (ret && ret != -ENOTSUPP) { // printk("Failed to set debounce: %d\n", ret); // return ret; // } //获取中断号 btn->irq = gpiod_to_irq(btn->gpio); if (btn->irq < 0) { printk("Failed to get IRQ\n"); return btn->irq; } //申请线程化中断（下降沿触发 + ONESHOT） ret = devm_request_threaded_irq(&pdev->dev, btn->irq, NULL, button_thread, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT, DEVICE_NAME, btn); if (ret) { printk("Failed to request IRQ\n"); return ret; } atomic_set(&btn->available, 0); //初始化原子计数值 init_waitqueue_head(&btn->wq); //初始化等待队列 //下面申请主设备号 ret = alloc_chrdev_region(&btn->dev_id, 0, 1, DEVICE_NAME); if (ret) { printk("alloc_chrdev_region failed\n"); return ret; } btn->btn_cdev.owner = THIS_MODULE; //绑定前面声明的file_oprations类型的结构体到字符设备 cdev_init(&btn->btn_cdev, &button_fops); //填充上面申请到的主设备号到字符设备 ret = cdev_add(&btn->btn_cdev, btn->dev_id, 1); if (ret) { printk("cdev_add failed\n"); goto err_region; } //创建一个设备节点 btn->device_button = device_create(btn_class, NULL, btn->dev_id, NULL, DEVICE_NAME); if (IS_ERR(btn->device_button)) { ret = PTR_ERR(btn->device_button); printk("device_create failed\n"); goto err_cdev; } //以下把btn数据信息存入在平台驱动结构体中pdev->dev->driver_data中，后面移除时会用到 platform_set_drvdata(pdev, btn); printk("platform driver probed!\n"); return 0; //以下为出错返回 err_cdev: cdev_del(&btn->btn_cdev); err_region: unregister_chrdev_region(btn->dev_id, 1); return ret; } //remove函数中,删除设备并释放设备号 static int button_remove(struct platform_device *pdev) { //platform_get_drvdata，获取当前按键对应的结构体 struct my_button *btn = platform_get_drvdata(pdev); unregister_chrdev_region(btn->dev_id, 1); //释放主设备号 cdev_del(&btn->btn_cdev); //删除字符设备 device_destroy(btn_class, btn->dev_id); //销毁设备节点 printk("platform driver removed!\n"); return 0; } //填充of_device_id结构体，名为button，用于指明匹配表 static const struct of_device_id button[] = { { .compatible = "my,button" }, //匹配内容 { /* sentinel */ } }; //以下填充一个platform_driver结构体 static struct platform_driver button_driver = { .probe = button_probe, //指定probe函数成员 .remove = button_remove, //指定remove函数成员 .driver = { .name = "my_button", //指定设备名称 .owner = THIS_MODULE, .of_match_table = button, //指定匹配表名称 }, }; //以下定义模块的入口函数 static int __init button_init(void) { btn_class = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME); if (IS_ERR(btn_class)) return PTR_ERR(btn_class); //注册一个platform驱动 platform_driver_register(&button_driver); printk("button platform driver initted!\n"); return 0; } //以下定义模块的出口函数 static void __exit button_exit(void) { //释放一个platform驱动 platform_driver_unregister(&button_driver); class_destroy(btn_class); //销毁类 printk("button platform driver exited!\n"); } module_init(button_init); module_exit(button_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_INFO(intree,"Y");
下面是配套的Makefile，内容如下。
KERNEL_DIR=/opt/myir-imx-linux/ ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- export ARCH CROSS_COMPILE obj-m := btn.o all: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) modules modules clean: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) clean
最后是应用程序，文件名为app.c。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> int main(void) { int fd, val; int press_count = 0; // 应用程序自己维护的计数器 fd = open("/dev/button", O_RDONLY); if (fd < 0) { perror("open"); return 1; } printf("Waiting for button press...\n"); while (1) { if (read(fd, &val, sizeof(val)) == sizeof(val)) { if (val == 1) { press_count++; printf("Button pressed! total count = %d\n", press_count); } } } close(fd); return 0; }
在开发板上的运行结果如下图所示。
在上述驱动程序中，使用了现代Linux的一些特点，比如使用devm的系统托管方式（无需手动释放），而没有使用传统方式（需要手动释放）。其次，使用了中断线程处理方式，而没有使用传统的中断处理方式。传统中断处理程序中要考虑执行时间不能太长，而线程化中断则是把整个中断处理放到内核线程，由调度器管理，在其中还可以进入休眠，更易控制实时性，大有取代tasklet的趋势。第三，在驱动代码中可以使用i.mx6ull支持的硬件消抖方式（代码中被注释掉的gpiod_set_debounce(btn->gpio, 20000)一句），但实际使用下来，发现硬件消抖的效果并不理想， 所以本例还是在中断线程中使用休眠20ms（代码中的msleep(20)一句）的方式来进行消抖（注意不要软硬件消抖同时使用），实际效果很好。由于是在线程中休眠，并不影响效率。第四，本例使用了中断休眠的方式，即在没有按键按下时，驱动程序在read函数中通过调用wait_event_interruptible函数进行休眠（即阻塞于此），当有按键按下时，在中断线程处理函数中通过调用wake_up_interruptible函数进行唤醒，程序从阻塞的地方继续执行。这使得应用程序在执行read时，若没有按键按下，也会处于阻塞休眠状态，直到按键按下再读取驱动提供的键值。通过这种方式，中断可以大大减轻CPU的负担，提升效率。第五，本例中的中断触发方式由驱动程序决定，并不在设备树中配置。
下面简要介绍一下驱动代码中用到的相关API函数。
1、获取gpio引脚函数：struct gpio_desc *devm_gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id, enum gpiod_flags flags)，参数dev指定设备指针（即调用者）。参数con_id是gpio的连接ID，用于匹配设备树属性名（即前面提到的“-gpios”前的字符串），当该参数为NULL时，它会在设备树中查找不带前缀的 "gpios"或 "gpio"属性（虽然本例中使用了，但并不推荐）。参数flags是gpio的初始化标志，使用宏表示，一般有：GPIOD_IN（输入方向），GPIOD_OUT_LOW（输出方向，逻辑低电平），GPIOD_OUT_HIGH（输出方向，逻辑高电平），GPIOD_OUT_LOW_OPEN_DRAIN / GPIOD_OUT_HIGH_OPEN_DRAIN（开漏）等。该函数是 Linux内核gpio子系统中新式描述符API的核心函数，用于从设备树（或 ACPI/平台数据）中获取、申请并自动管理一个gpio引脚的生命周期。它可以取代传统的of_get_named_gpio + gpio_request + gpio_direction_*组合，让代码更简洁、更安全。
2、获取中断号函数：int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc)，只有一个参数desc，是gpio引脚的描述符。
3、注册中断线程函数：int devm_request_threaded_irq(struct device *dev, unsigned int irq, irq_handler_t handler, irq_handler_t thread_fn, unsigned long flags, const char *name, void *dev_id)，参数dev指定设备指针（即调用者）。参数irq是Linux中断号，由前面的gpiod_to_irq函数获取。参数handler是硬中断处理函数句柄，如果不使用可设置为NULL（比如本例）。参数thread_fn是线程化中断处理函数句柄，它在内核线程中执行，可睡眠、使用互斥锁等，本例就使用该模式。参数flags为中断标志位，用于配置触发方式、共享、oneshot等行为，其中参数oneshot是指在处理一个中断期间，保持该中断线为屏蔽状态，直到线程处理函数执行完毕再重新打开，一般在中断中都会使用。参数name为中断名称，它会显示在/proc/interrupts及ps中。参数dev_id为私有数据指针，会原样传递给handler及thread_fn，通常传设备结构体指针。
4、初始化等待队列头函数：void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *wq)，只在一个参数wq，是指向需要初始化的等待队列头变量。该函数的作用是初始化一个等待队列头，使其成为可用的等待队列。在使用任何等待队列之前，必须调用此函数进行初始化。
5、中断休眠状态设置函数：int wait_event_interruptible(wait_queue_head_t wq, int condition)，参数wq是前面已初始化的等待队列头。参数condition是唤醒条件，为非零时进程继续运行，为零时进程休眠。
6、中断唤醒函数：void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *wq)，只有一个参数wq，同样是指向已初始化的等待队列头。
7、配置硬件去抖时间函数：int gpiod_set_debounce(struct gpio_desc *desc, unsigned int debounce_us)，参数desc为gpio描述符。参数debounce_us为消抖时间，单位为微秒。
最后再强调一下，通过前缀devm申请的资源是由系统内核托管的，不需要在退出时手动释放。
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