Linux 驱动开发基础知识—— LED 驱动程序框架（四）

news2024/9/28 21:20:47

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文章介绍：

🎉本篇文章对Linux驱动基础知识学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳

        

内核驱动部分的维护者，往往为同类的设备（比如LED、LCD、蜂鸣器等等）设计了一个成熟的、标准的、典型的框架。他们将同类设备的驱动中通用的一些功能抽离出来，作为驱动框架中的核心层，然后设计好核心层与具体操作层的接口，让驱动开发者来实现具体操作层。

如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！💪💪💪

🎁感谢大家点赞👍收藏⭐评论✍️

目录： 

一、回顾字符设备驱动程序框架

二、LED驱动程序

2.1 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？

2.2 LED 驱动能支持多个板子的基础：分层思想 

 三、代码分析

3.1 leddrv.c

 3.2 led_opr.h

3.3 board_demo.c 

3.4 Makefile 

 3.5 ledtest.c

四、上机测试 

4.1编译

 4.2 挂载到开发板 

4.3.实验效果

一、回顾字符设备驱动程序框架

        驱动层访问硬件外设寄存器依靠的是 ioremap 函数去映射到寄存器地址，然后开始控制寄存器。

        （1）确定主设备号，也可以让内核分配；

        （2）定义自己的 file_operations 结构体，这是核心；

        （3）实现对应的 drv_open / drv_read / drv_write 等函数，填入 file_operations 结构体；

        （4） 把 file_operations 结构体告诉内核：通过 register_chrdev 函数；

        （5）谁来注册驱动程序？需要一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个 入口函数；

        （6）有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序是，出口函数调用 unregister_chrdev;

        （7）其它完善：提供设备信息，自动创建设备节点： class_create,device_create

二、LED驱动程序

2.1 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？

2.2 LED 驱动能支持多个板子的基础：分层思想 

（1）把驱动拆分为通用的框架(leddrv.c)、具体的硬件操作(board_X.c)：

（2）以面向对象的思想，改进代码，抽象出一个结构体： 

struct led_operations {
	int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
	int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};

        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：

 三、代码分析

        在hello驱动程序的基础上进行增添优化修改

        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。

3.1 leddrv.c

#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>

#include "led_opr.h"

#define LED_NUM 2

/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
struct led_operations *p_led_opr;


#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)

/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	struct inode *inode = file_inode(file);
	int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	p_led_opr->ctl(minor, status);
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	p_led_opr->init(minor);
	
	return 0;
}

static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_drv_close,
};

/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 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 */
static int __init led_init(void)
{
	int err;
	int i;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */


	led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
	err = PTR_ERR(led_class);
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_led");
		return -1;
	}

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */

	p_led_opr = get_board_led_opr();
	
	return 0;
}

/* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数           */
static void __exit led_exit(void)
{
	int i;
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */

	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}


/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

        上层是 leddrv.c，它的核心是 file_operations 结构体 

第20行：LED灯的个数 

第37~78行：file_operations 结构体的成员函数

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

/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	struct inode *inode = file_inode(file);
	int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	p_led_opr->ctl(minor, status);
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	p_led_opr->init(minor);
	
	return 0;
}

static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_drv_close,
};

第80~105行：驱动程序的上层：file_operations 结构体

        第 88 行向内核注册一个 file_operations 结构体。

        第99~100行：创建多个次设备号

        第 102 行从底层硬件相关的代码 board_demo.c 中获得 led_operaions 结构体。 、

/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 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 */
static int __init led_init(void)
{
	int err;
	int i;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */


	led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
	err = PTR_ERR(led_class);
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_led");
		return -1;
	}

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */

	p_led_opr = get_board_led_opr();
	
	return 0;
}

第37~52行：led_drv_write

        第41行：监测当前状态 

        第42行：获得次设备号，inode从file中获取

        第46行：将buf中的数据拷贝1个字节到status中

        第49行：根据次设备号和status控制LED

第54~63行：led_drv_open

        第56行：获得次设备号，inode从node中获取

        第60行：根据次设备号初始化LED

第82~105行：led_init 

        第102行：入口函数中获得结构体指针

 3.2 led_opr.h

         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：

#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H

struct led_operations {
	int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
	int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void);


#endif

3.3 board_demo.c 

#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include "led_opr.h"

static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */	   
{
	
	printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
	return 0;
}

static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
	printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
	return 0;
}

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
	.init = board_demo_led_init,
	.ctl  = board_demo_led_ctl,
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
	return &board_demo_led_opr;
}

3.4 Makefile 


# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order
	rm -f ledtest

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o

# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
100ask_led-y := leddrv.o board_demo.o
obj-m	+= 100ask_led.o

 3.5 ledtest.c


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 on
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 off
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char status;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc != 3) 
	{
		printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	/* 3. 写文件 */
	if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
	{
		status = 1;
		write(fd, &status, 1);
	}
	else
	{
		status = 0;
		write(fd, &status, 1);
	}
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

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。 

四、上机测试 

4.1编译

编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。

cp 100ask_led.ko ledtest.c /nfs_rootfs/

 4.2 挂载到开发板 

在开发板上挂载 NFS 

4.3 测试 

最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：

[root@100ask:~]# insmod /mnt/led_drv.ko                        //安装驱动
[root@100ask:~]# lsmod                                         //查询驱动
[root@100ask:~]# rmmod /mnt/led_drv.ko                         //卸载驱动
[root@100ask:~]# ls / /dev/100ask_led* -l                      //查询设备
[root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 on              // 点灯
[root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 off             // 关灯
[root@100ask:~]# demsg                                         //查看内核信息

大佬觉得有用的话点个赞 👍🏻 呗。
❤️❤️❤️本人水平有限，如有纰漏，欢迎各位大佬评论批评指正！😄😄😄

💘💘💘如果觉得这篇文对你有帮助的话，也请给个点赞、收藏下吧，非常感谢!👍 👍 👍

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【 声明&#xff1a;版权所有&#xff0c;欢迎转载&#xff0c;请勿用于商业用途。 联系信箱&#xff1a;feixiaoxing 163.com】 前面我们谈到了qt&#xff0c;谈到了opencv&#xff0c;也谈到了嵌入式&#xff0c;但是没有说明python在这个过程当中应该扮演什么样的角色。open…
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TCP的连接和关闭的那些事

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一、基础概念 1、啥是TCP&#xff1f; 它是面向连接的一种协议&#xff0c;任何数据发送之前都需要建立连接。 2、TCP/IP协议的四层中那一层&#xff1f; TCP位于运输层&#xff0c;详见下图 3、TCP协议的状态机有哪些? 在链接建立和断开不同阶段都有不同的状态&#xf…
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ES 分布式搜索的运行机制

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ES 分布式搜索的运行机制-腾讯云开发者社区-腾讯云 ES 分布式搜索的运行机制 ES 有两种 search_type 即搜索类型&#xff1a; •query_then_fetch &#xff08;默认&#xff09;•dfs_query_then_fetch query_then_fetch query_then_fetch 1.用户发起搜索&#xff0c;请求…
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RabbitMQ 笔记二

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1.Spring 整合RabbitMQ 生产者消费者 创建生产者工程添加依赖配置整合编写代码发送消息 创建消费者工程添加依赖配置整合编写消息监听器 2.创建工程RabbitMQ Producers spring-rabbitmq-producers <?xml version"1.0" encoding"UTF-8"?> <pr…
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SQL注入：报错注入

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SQL注入系列文章&#xff1a;初识SQL注入-CSDN博客 SQL注入&#xff1a;联合查询的三个绕过技巧-CSDN博客 目录 什么是报错注入&#xff1f; 报错注入常用的3个函数 UpdateXML ExtractValue Floor rand&#xff08;随机数&#xff09; floor&#xff08;向上取整&…
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