嵌入式Linux应用开发-基础知识-第六章 LED驱动程序框架

news2024/11/24 4:51:27

嵌入式Linux应用开发-基础知识-第六章 LED驱动程序框架

第六章 LED 驱动程序框架
- 6.1 回顾字符设备驱动程序框架
- 6.2 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？
- 6.3 LED 驱动要怎么写，才能支持多个板子？分层。
- 6.4 写代码
- - 6.4.1 驱动程序
  - - 6.4.1.1 把 LED 的操作抽象出一个 led_operations 结构体
    - 6.4.1.2 驱动程序的上层：file_operations 结构体
  - 6.4.2 测试程序
  - 6.4.3 上机测试
- 6.5 课后作业

第六章 LED 驱动程序框架

在这里插入图片描述

注意：如果做实验安装驱动时提示 version magic 不匹配，请看本文档最后的“常见问题”。

6.1 回顾字符设备驱动程序框架

在这里插入图片描述

6.2 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？

在这里插入图片描述

6.3 LED 驱动要怎么写，才能支持多个板子？分层。

把驱动拆分为通用的框架(leddrv.c)、具体的硬件操作(board_X.c)：
以面向对象的思想，改进代码：
抽象出一个结构体：

每个单板相关的 board_X.c 实现自己的 led_operations 结构体，供上层的 leddrv.c 调用：

6.4 写代码

使用 GIT 下载所有源码后，本节源码位于如下目录：

01_all_series_quickstart\ 
05_嵌入式 Linux 驱动开发基础知识\source\02_led_drv\01_led_drv_template

6.4.1 驱动程序

驱动程序分为上下两层：leddrv.c、board_demo.c。
leddrv.c 负责注册 file_operations 结构体，它的 open/write 成员会调用 board_demo.c 中提供的硬
件 led_opr 中的对应函数。

6.4.1.1 把 LED 的操作抽象出一个 led_operations 结构体

首先看看 led_opr.h，它定义了一个 led_operations 结构体，把 LED 的操作抽象为这个结构体：

01 #ifndef _LED_OPR_H 
02 #define _LED_OPR_H 
03 
04 struct led_operations { 
05 int (*init) (int which); /* 初始化 LED, which-哪个 LED */ 
06 int (*ctl) (int which, char status); /* 控制 LED, which-哪个 LED, status:1-亮,0-灭 
*/ 
 07 }; 
08 
09 struct led_operations *get_board_led_opr(void); 
10 
11 
12 #endif 
13

6.4.1.2 驱动程序的上层：file_operations 结构体

上层是 leddrv.c，它的核心是 file_operations 结构体，首先看看入口函数：

80 /* 4. 把 file_operations 结构体告诉内核：注册驱动程序 */ 
81 /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ 
82 static int __init led_init(void) 
83 { 
84 int err; 
85 int i; 
86 
87 printk(“%s %s line %d\n”, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 
88 major = register_chrdev(0, “xxxxxx_led”, &led_drv); /* /dev/led */ 
89 
90 
91 led_class = class_create(THIS_MODULE, “xxxxxx_led_class”); 
92 err = PTR_ERR(led_class); 
93 if (IS_ERR(led_class)) { 
94 printk(“%s %s line %d\n”, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 
95 unregister_chrdev(major, “xxxxxx_led”); 
96 return -1; 
97 } 
98 
99 for (i = 0; i < LED_NUM; i++) 
100 device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, “xxxxxx_led%d”, 
i); /* /dev/xxxxxx_led0,1,… */ 
101 
102 p_led_opr = get_board_led_opr(); 
103 
104 return 0; 
105 }

第 88 行向内核注册一个 file_operations 结构体。
第 102 行从底层硬件相关的代码 board_demo.c 中获得 led_operaions 结构体。

再来看看 leddrv.c 中 file_operations 结构体的成员函数：

37 /* write(fd, &val, 1); */ 
38 static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, 
loff_t *offset) 
39 { 
40 int err; 
41 char status; 
42 struct inode *inode = file_inode(file); 
43 int minor = iminor(inode); 
44 
45 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 
46 err = copy_from_user(&status, buf, 1); 
47 
48 /* 根据次设备号和 status 控制 LED */ 
49 p_led_opr->ctl(minor, status); 
50 
51 return 1; 
52 } 
53 
54 static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file) 
55 { 
56 int minor = iminor(node); 
57 
58 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 
59 /* 根据次设备号初始化 LED */ 
60 p_led_opr->init(minor); 
61 
62 return 0; 
63 } 
64 
65 static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file) 
66 { 
67 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 
68 return 0; 
69 } 
70 
71 /* 2. 定义自己的 file_operations 结构体 */ 
72 static struct file_operations led_drv = { 
73 .owner = THIS_MODULE, 
74 .open = led_drv_open, 
75 .read = led_drv_read, 
76 .write = led_drv_write, 
77 .release = led_drv_close, 
78 };

第 49 行、第 60 行，会调用 led_operations 结构体中对应的函数。

6.4.2 测试程序

测试程序为 ledtest.c：

01 
02 #include <sys/types.h> 
03 #include <sys/stat.h> 
04 #include <fcntl.h> 
05 #include <unistd.h> 
06 #include <stdio.h> 
07 #include <string.h> 
08 
09 /* 
10 * ./ledtest /dev/xxxxxx_led0 on 
11 * ./ledtest /dev/xxxxxx_led0 off 
12 */ 
13 int main(int argc, char **argv) 
14 { 
15 int fd; 
16 char status; 
17 
18 /* 1. 判断参数 */ 
19 if (argc != 3) 
20 { 
21 printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]); 
22 return -1; 
23 } 
24 
25 /* 2. 打开文件 */ 
26 fd = open(argv[1], O_RDWR); 
27 if (fd == -1) 
28 { 
29 printf("can not open file %s\n", argv[1]); 
30 return -1; 
31 } 
32
33 /* 3. 写文件 */ 
34 if (0 == strcmp(argv[2], "on")) 
35 { 
36 status = 1; 
37 write(fd, &status, 1); 
38 } 
39 else 
40 { 
41 status = 0; 
42 write(fd, &status, 1); 
43 } 
44 
45 close(fd); 
46 
47 return 0; 
48 } 
49

第 26 行打开设备节点。
如果用户想点亮 LED，第 37 行会把值“1”通过 write 函数写入驱动程序。
如果用户想熄灭 LED，第 42 行会把值“0”通过 write 函数写入驱动程序。

6.4.3 上机测试

这只是一个示例程序，还没有真正操作硬件。测试程序操作驱动程序时，只会导致驱动程序中打印信息。
首先设置交叉工具链，修改驱动 Makefile 中内核的源码路径，编译驱动和测试程序。
启动开发板后，通过 NFS 访问编译好驱动程序、测试程序，就可以在开发板上如下操作了：

# insmod xxxxxx_led.ko // 装载驱动程序 
[13449.134044] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_init line 87 
# ls /dev/xxxxxx_led* -l // 可以得到 2 个设备节点 
crw------- 1 root root 235, 0 Jan 18 12:34 /dev/xxxxxx_led0 
crw------- 1 root root 235, 1 Jan 18 12:34 /dev/xxxxxx_led1 
# ./ledtest /dev/xxxxxx_led0 on // 点亮 LED 
[13463.176987] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open 
line 58 
[13463.197877] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c 
board_demo_led_init line 22, led 0 
[13463.216232] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write 
line 45 
[13463.232889] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c 
board_demo_led_ctl line 28, led 0, on // 可以看到这句“on”打印 
[13463.247977] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close 
line 67 
# ./ledtest /dev/xxxxxx_led0 off // 熄灭 LED 
[13464.540637] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open 
line 58 
[13464.554380] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c 
board_demo_led_init line 22, led 0 
[13464.569671] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write 
line 45 
[13464.580615] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c 
board_demo_led_ctl line 28, led 0, off // 可以看到这句“off”打印 
[13464.593397] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close 
line 67