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文章介绍：
🎉本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳
设备树（Device Tree）是Linux内核用来描述硬件结构的数据结构。它使得内核可以在没有硬编码驱动的情况下识别并配置硬件。在嵌入式系统中，设备树特别有用，因为它们经常具有非常不同的硬件配置，而设备树提供了一种灵活的方式来描述这些配置。
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✍️
一、总结 3 种写驱动程序的方法
1.1 资源和驱动在同一个文件里
1.2 资源用 platform_device 指定、驱动在 platform_driver 实现
1.3 资源用设备树指定驱动在 platform_driver 实现
核心永远是 file_operations 结构体。
上述三种方法，只是指定“硬件资源”的方式不一样。
platform_device/platform_driver 只是编程的技巧，不涉及驱动的核心
二、怎么使用设备树写驱动程序
2.1 设备树节点要与 platform_driver 能匹配
在我们的工作中，驱动要求设备树节点提供什么，我们就得按这要求去编写设备树。 但是，匹配过程所要求的东西是固定的：
（1）设备树要有 compatible 属性，它的值是一个字符串
（2）platform_driver 中要有 of_match_table，其中一项的.compatible 成员设置为一个字符串
（3）上述 2 个字符串要一致。
示例如下：
2.2 设备树节点指定资源，platform_driver 获得资源
如果在设备树节点里使用reg属性，那么内核生成对应的platform_device 时会用 reg 属性来设置 IORESOURCE_MEM 类型的资源。
如果在设备树节点里使用 interrupts 属性，那么内核生成对应的 platform_device 时会用 reg 属性来设置 IORESOURCE_IRQ 类型的资源。对于 interrupts 属性，内核会检查它的有效性，所以不建议在设备树里使用该属性来表示其他资源。
在我们的工作中，驱动要求设备树节点提供什么，我们就得按这要求去编写设备树。驱动程序中根据 pin 属性来确定引脚，那么我们就在设备树节点中添加 pin 属性。
设备树节点中：
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))
100ask_led0 {
compatible = “100ask,led”;
pin = <GROUP_PIN(5, 3)>;
};
驱动程序中，可以从 platform_device 中得到 device_node，再用of_property_read_u32 得到属性的值：
struct device_node* np = pdev->dev. of_node;
int led_pin;
int err = of_property_read_u32(np, “pin”, &led_pin);三、开始编程
3.1 修改设备树添加 led 设备节点
需要添加的设备节点代码是一样的，你需要找到你的单板所用的设备树文件，在它的根节点下添加如下内容：
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))
/ {
100ask_led@0 { //在设备树中，节点通常代表一个设备或子系统。
compatible = "100as,leddrv"; //这表示该节点所代表的设备与名为 "100as,leddrv" 的驱动程序兼容
pin = <GROUP_PIN(3, 1)>; //这设置了一个名为 pin 的属性，并使用前面定义的 GROUP_PIN 宏将其初始化
};
100ask_led@1 {
compatible = "100as,leddrv";
pin = <GROUP_PIN(5, 8)>;
};
};对百问网 imx6ull Pro 板
设备树文件是：内核源码目录中 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts 修改、编译后得到 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb 文件。
对于这款板子，本教程中我们使用 SD 卡上的系统。
要更换板上的设备树文件，你可以使用 SD 卡启动开发板后，更换这个文件：/boot/100ask_imx6ull-14x14.dtb
chip_demo_gpio.c（驱动程序）
#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 <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include "led_opr.h"
#include "leddrv.h"
#include "led_resource.h"
static int g_ledpins[100];
static int g_ledcnt = 0;
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);
printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));
switch(GROUP(g_ledpins[which]))
{
case 0:
{
printk("init pin of group 0 ...\n");
break;
}
case 1:
{
printk("init pin of group 1 ...\n");
break;
}
case 2:
{
printk("init pin of group 2 ...\n");
break;
}
case 3:
{
printk("init pin of group 3 ...\n");
break;
}
}
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");
printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));
switch(GROUP(g_ledpins[which]))
{
case 0:
{
printk("set pin of group 0 ...\n");
break;
}
case 1:
{
printk("set pin of group 1 ...\n");
break;
}
case 2:
{
printk("set pin of group 2 ...\n");
break;
}
case 3:
{
printk("set pin of group 3 ...\n");
break;
}
}
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;
}
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device_node *np;
int err = 0;
int led_pin;
np = pdev->dev.of_node;
if (!np)
return -1;
err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin);
g_ledpins[g_ledcnt] = led_pin;
led_class_create_device(g_ledcnt);
g_ledcnt++;
return 0;
}
static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
int i = 0;
int err;
struct device_node *np;
int led_pin;
np = pdev->dev.of_node;
if (!np)
return -1;
err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin);
for (i = 0; i < g_ledcnt; i++)
{
if (g_ledpins[i] == led_pin)
{
led_class_destroy_device(i);
g_ledpins[i] = -1;
break;
};
}
for (i = 0; i < g_ledcnt; i++)
{
if (g_ledpins[i] != -1)
break;
}
if (i == g_ledcnt)
g_ledcnt = 0;
return 0;
}
static const struct of_device_id ask100_leds[] = {
{ .compatible = "100as,leddrv" },
{ },
};
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {
.probe = chip_demo_gpio_probe,
.remove = chip_demo_gpio_remove,
.driver = {
.name = "100ask_led",
.of_match_table = ask100_leds,
},
};
static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void)
{
int err;
err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver);
register_led_operations(&board_demo_led_opr);
return 0;
}
static void __exit lchip_demo_gpio_drv_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);
}
module_init(chip_demo_gpio_drv_init);
module_exit(lchip_demo_gpio_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
第161~168行： chip_demo_gpio_driver（驱动程序）
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = { .probe = chip_demo_gpio_probe, .remove = chip_demo_gpio_remove, .driver = { .name = "100ask_led", .of_match_table = ask100_leds, //用于支持设备树 }, };第156~159行：指向ask100_leds[]数组
static const struct of_device_id ask100_leds[] = { { .compatible = "100as,leddrv" }, //这里需要与设备树文件的字符串相互对应 { }, };
第101~119行：chip_demo_gpio_probe
当我们装载上面的驱动程序时，对于俩个100ask_led的节点都需要调用 chip_demo_gpio_probe 函数，需要调用俩次，对于每个匹配的 platform_device 都会去调用一次
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { struct device_node *np; int err = 0; int led_pin; np = pdev->dev.of_node; if (!np) return -1; err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin); g_ledpins[g_ledcnt] = led_pin; led_class_create_device(g_ledcnt); g_ledcnt++; return 0; }从 platform_device里面找到对应的设备节点找到pin属性
np = pdev->dev.of_node; if (!np) return -1;这个platform_driver支持的platform_device,可能来自设备树，也可能不是来自设备树,所以这里要判断一下
用 of_property_read_u32 得到属性的值：err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin);从np节点中读取pin属性，把它的值保存在led_pin的变量里面
将led_pin幅值给g_ledpins[g_ledcnt]
g_ledpins[g_ledcnt] = led_pin;
韦东山老师对整个驱动程序框架的梳理
整个驱动程序框架的梳理
3.2 修改上层对应代码
leddrv.c（上层程序）
#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"
/* 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)
void led_class_create_device(int minor)
{
device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "100ask_led%d", minor); /* /dev/100ask_led0,1,... */
}
void led_class_destroy_device(int minor)
{
device_destroy(led_class, MKDEV(major, minor));
}
void register_led_operations(struct led_operations *opr)
{
p_led_opr = opr;
}
EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);
EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);
EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);
/* 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;
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, "led");
return -1;
}
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)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
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");
第73~82行：入口函数 led_drv_open
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; }用p_led_opr结构体初始化引脚
/* 根据次设备号初始化LED */ p_led_opr->init(minor);p_led_opr结构体由底层代码调用register_led_operations函数提供上来的
void register_led_operations(struct led_operations *opr) { p_led_opr = opr; }
第170~178行：这里是底层chip_demo_gpio.c的部分代码
static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void) { int err; err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver); register_led_operations(&board_demo_led_opr); return 0; }第91~94行：由代码中的入口函数提供结构体 board_demo_led_opr 并且注册了一个chip_demo_gpio_driver
static struct led_operations board_demo_led_opr = { .init = board_demo_led_init, .ctl = board_demo_led_ctl, };这个结构体有操作硬件的具体函数
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = { .probe = chip_demo_gpio_probe, .remove = chip_demo_gpio_remove, .driver = { .name = "100ask_led", .of_match_table = ask100_leds, }, };第161~168行：发现有和他匹配的 platform_device 时候会配用 chip_demo_gpio_probe
第101~119行：
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { struct device_node *np; int err = 0; int led_pin; np = pdev->dev.of_node; if (!np) return -1; err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin); //确定引脚是哪一个 g_ledpins[g_ledcnt] = led_pin; led_class_create_device(g_ledcnt); //向上一层注册这些引脚 g_ledcnt++; return 0; }第30~33行：根据引脚创建设备节点，这里的设备节点与设备树中的设备节点不是一回事，是文件系统里面的设备节点，应用程序就可以使用这个文件系统中的设备节点来访问我们的硬件
void led_class_create_device(int minor) { device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "100ask_led%d", minor); /* /dev/100ask_led0,1,... */ }
第121~ 154行：去除某个platform_device时候需要调用led_class_destroy_device(i);将文件设备节点销毁
static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev) { int i = 0; int err; struct device_node *np; int led_pin; np = pdev->dev.of_node; if (!np) return -1; err = of_property_read_u32(np, "pin", &led_pin); for (i = 0; i < g_ledcnt; i++) { if (g_ledpins[i] == led_pin) { led_class_destroy_device(i); g_ledpins[i] = -1; break; }; } for (i = 0; i < g_ledcnt; i++) { if (g_ledpins[i] != -1) break; } if (i == g_ledcnt) g_ledcnt = 0; return 0; }根据pin属性消除设备
for (i = 0; i < g_ledcnt; i++) { if (g_ledpins[i] == led_pin) { led_class_destroy_device(i); g_ledpins[i] = -1; break; }; }
3.3 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_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += leddrv.o chip_demo_gpio.o
3.4 ledtest.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
* ./ledtest /dev/100ask_led0 on
* ./ledtest /dev/100ask_led0 off
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
char status;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 写文件 */
if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
{
status = 1;
write(fd, &status, 1);
}
else
{
status = 0;
write(fd, &status, 1);
}
close(fd);
return 0;
}
四、上机测试
4.1编译
编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。
cp *.ko ledtest ~/nfs_rootfs/
4.2 挂载到开发板
在开发板上挂载 NFS
4.3 修改设备树
//进入内核修改设备树
book@100ask:~$ cd 100ask_imx6ull-sdk/
book@100ask:~/100ask_imx6ull-sdk$ cd Linux-4.9.88/
内核源码目录中 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts 修改、编译后得到 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb 文件。
book@100ask:~/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88$ vi arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts
加入我们之前写好了的设备节点
修改后重新编译后得到 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb 文件拷贝到开发板上
book@100ask:~/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88$ make dtbs
book@100ask:~/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88$ cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb ~/nfs_rootfs/
将100ask_imx6ull-14x14.dtb 放到boot目录下后重启开发板
[root@100ask:/mnt]# cp /mnt/100ask_imx6ull-14x14.dtb /boot/
[root@100ask:/mnt]# reboot
4.4 调试技巧
4.4.1 设备树信息
/sys 目录下有很多内核、驱动的信息。以下目录对应设备树的根节点，可以从此进去找到自己定义的节点。cd /sys/firmware/devicetree/base/
[root@100ask:~]# cd /sys/firmware/devicetree/base/
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base]# ls -ld 100ask*
节点是目录，属性是文件。 属性值是字符串时，用 cat 命令可以打印出来；属性值是数值时，用 hexdump 命令可以打印出来。
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base]# cd 100ask_led\@0
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base/100ask_led@0]# ls
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base/100ask_led@0]# cat compatible
100as,leddrv[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base/100ask_led@0]# cat pin
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base/100ask_led@0]# hexdump pin
0000000 0300 0100
0000004
4.4.2 platform_device 的信息
以下目录含有注册进内核的所有 platform_device：/sys/devices/platform
一个设备对应一个目录，进入某个目录后，如果它有“driver”子目录，就表示这个 platform_device 跟某个 platform_driver 配对了。
比如下面的结果中，平台设备“ff8a0000.i2s”已经跟平台驱动“rockchip-i2s”配对了：
4.4.3 platform_driver 的信息
以下目录含有注册进内核的所有 platform_driver：/sys/bus/platform/drivers
一个 driver 对应一个目录，进入某个目录后，如果它有配对的设备，可以 直接看到。
[root@100ask:/sys/firmware/devicetree/base/100ask_led@0]# cd /sys/bus/platform/drivers
比如下面的结果中，平台驱动“rockchip-i2s”跟 2 个平台设备“平台设备“ff890000.i2s”、“ff8a0000.i2s”配对了：
注意：一个平台设备只能配对一个平台驱动，一个平台驱动可以配对多个平台设备。
4.5 重新装载驱动程序
[root@100ask:/sys/devices/platform]# insmod /mnt/leddrv.ko
[root@100ask:/sys/devices/platform]# insmod /mnt/chip_demo_gpio.ko
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