Linux驱动开发-02字符设备驱动开发初步

一、驱动开发的前期准备

在进入驱动开发之前，需要烧写UBoot、内核、设备树，做一些前期的准备工作，确保我们开发板上的内核版本和Ubuntu上是一致的才能进行正式开发

1.U-Boot

2.内核版本

3.使用TFTP挂载的内核和设备树

二、Linux驱动开发与裸机开发的区别

Linux驱动开发和裸机开发的区别主要体现在以下几个方面：

开发环境：
- Linux驱动开发：在带有Linux操作系统的环境下进行，开发者利用Linux提供的各种驱动框架和API进行开发。这通常意味着开发者需要熟悉Linux内核的工作原理和相关的系统调用。
- 裸机开发：在没有操作系统支持的环境中直接运行程序，开发者需要直接操作硬件的底层细节，包括寄存器、中断等。裸机开发常见于嵌入式系统、实时控制系统等对系统性能和资源使用有极高要求的场景。
开发技术：
- Linux驱动开发：主要使用C语言进行开发，并可能使用汇编语言进行某些特定的优化。开发者需要熟悉Linux内核编程和相关的驱动框架，如字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动等。
- 裸机开发：可能涉及汇编语言、C语言或更低级别的编程语言，因为需要直接操作硬件的底层细节。开发者需要深入了解硬件的工作原理和如何与之交互。
开发流程：
- Linux驱动开发：通常包括需求分析、设计、编码、测试等阶段。开发者需要编写符合Linux内核规范的代码，并通过系统调用或设备文件与应用程序进行交互。
- 裸机开发：开发流程可能更为复杂，因为需要直接操作硬件。这通常包括编写启动代码、初始化硬件、配置中断、编写外设驱动程序等步骤。
关注点：
- Linux驱动开发：主要关注如何在Linux操作系统下实现对硬件设备的控制和管理，以及与操作系统的交互。
- 裸机开发：主要关注如何直接操作硬件，实现底层的功能和性能优化。
可移植性和复用性：
- Linux驱动开发：由于是基于Linux操作系统的，因此驱动程序的可移植性和复用性通常较好。Linux支持多种硬件平台和架构，开发者可以编写通用的驱动程序以支持不同的硬件。
- 裸机开发：由于直接操作硬件，因此可移植性和复用性通常较差。不同的硬件平台和架构可能需要完全不同的驱动程序。
调试和测试：
- Linux驱动开发：可以利用Linux提供的各种调试工具和技术进行调试和测试，如GDB、KDB等。此外，由于是在操作系统环境下进行开发，因此可以利用操作系统的功能进行辅助调试和测试。
- 裸机开发：调试和测试通常更为复杂和困难，因为需要直接操作硬件。开发者可能需要使用专门的调试工具和技术，如JTAG调试器、逻辑分析仪等。

总结来说，Linux驱动开发和裸机开发在开发环境、技术、流程、关注点、可移植性和复用性、调试和测试等方面都存在显著的区别。选择哪种开发方式取决于具体的应用场景和需求

驱动最终表现就是/dev/xxx文件，对文件的读写、打开关闭；现在新的内核支持设备树，这个一个.dts文件，此文件描述了板子的设备信息

驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件，应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”(xxx 是具体的驱动文件名字)的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作

2.1 驱动设备的分类

字符设备驱动：字符设备就是一个一个字节，按照字节流进行读写操作的设备，读写数据是分先后顺序的

块设备驱动：所谓的块设备驱动就是存储器设备的驱动，比如 EMMC、 NAND、 SD卡和 U盘等存储设备，因为这些存储设备的特点是以存储块为基础，因此叫做块设备。网络设备驱动就更好理

网络设备驱动：就是网络驱动，不管是有线的还是无线的，都属于网络设备驱动的范畴。一个设备可以

一个设备可以属于多种设备驱动类型，比如 USB WIFI，其使用 USB接口，所以属于字符设备，但是其又能上网，所以也属于网络设备驱动。

三、Linux驱动开发的VScode的环境搭建

1.禁止鼠标中键复制与创建驱动文件夹

//禁止鼠标中键复制
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ xmodmap -e "pointer = 1 25 3 4 5 6 7 2"
Warning: Only changing the first 8 of 16 buttons.
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ pwd
/home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ ls
chrdevbase.c  chrdevbase.code-workspace
///home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase在该路径下，新建第一个驱动的文件夹，编写代码

2.将创建的驱动文件夹，添加到Ubuntu的vscode中

3.将我们的内核源码路径添加到c_cpp_properties.json和Makefile

（1）c_cpp_properties.json文件

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Linux",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**",
                "/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek/include", 
                "/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek/arch/arm/include", 
                "/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek/arch/arm/include/generated/"
            ],
            "defines": [],
            "compilerPath": "/usr/bin/clang",
            "cStandard": "c11",
            "cppStandard": "c++17",
            "intelliSenseMode": "clang-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

（2）Makefile文件

KERNELDIR := /home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
//KERNELDIR表示开发板所使用的 Linux内核源码目录，使用绝对路径

CURRENT_PATH := $(shell pwd)
//CURRENT_PATH表示当前路径，直接通过运行“ pwd”命令来获取当前所处路
径。

obj-m := chrdevbase.o
//obj-m表示将 chrdevbase.c这个文件 编译为 chrdevbase.ko模块。

build: kernel_modules
//表示我们编译的是模块

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
//编译时，先把目录切换到源码中，因为使用了源码的一些函数；编译完成后再把目录切换到当前目录，需要把编译生成的文件放在当前目录下，Linux内核中我们已经指定好交叉编译器了
 clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

3.先清理（make clean）再编译（make）

alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ make clean
make -C /home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek M=/home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase clean
make[1]: Entering directory '/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek'
  CLEAN   /home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase/.tmp_versions
  CLEAN   /home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase/Module.symvers
make[1]: Leaving directory '/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek'
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ make
make -C /home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek M=/home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase modules
make[1]: Entering directory '/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek'
  CC [M]  /home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase/chrdevbase.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase/chrdevbase.mod.o
  LD [M]  /home/alientek/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase/chrdevbase.ko
make[1]: Leaving directory '/home/alientek/alpha/alientek-zzk/kernel-chao/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek'
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ ls
chrdevbase.c  chrdevbase.code-workspace  chrdevbase.ko  chrdevbase.mod.c  chrdevbase.mod.o  chrdevbase.o  Makefile  modules.order  Module.symvers
alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$

4.先清理（make clean）再编译（make）

四、驱动模块加载与卸载

Linux驱动有两种运行方式，第一种就是将驱动编译进 Linux内核中，这样当 Linux内核启动的时候就会自动运行驱动程序。第二种就是将驱动编译成模块 (Linux下模块扩展名为 .ko)，在Linux内核启动以后使用“ insmod”命令加载驱动模块。

1.将我们在vscode中编译出来的文件拷贝到制作好的根文件目录下

alientek@ubuntu16:~/linux/IMX6ULL/Linux_Drivers/1_chrdevbase$ sudo cp chrdevbase.ko /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15 -f

2.modprobe来加载模块

insmod命令不能解决模块的依赖关系，modprobe会分析模块的依赖关系，然后会将所有的依赖模块都加载到内核中，我们使用modprobe来加载模块；

modprobe命令默认会去/lib/modules/<kernel-version>目录中查找模块，比如本书使用的 Linux kernel的版本号为 4.1.15因此 modprobe命令默认会到 /lib/modules/4.1.15这个目录中查找相应的驱动模块，一般自己制作的根文件系统中是不会有这个目录的，所以需要自己手动创建。

对于一个新的模块使用modprobe加载的时候需要先调用一下depmod命令；驱动模块加载成功以后可以使用lsmod查看一下；卸载模块使用rmmod命令

2.lsmod查看当前驱动模块是否有我们刚刚加载的模块

3.rmmod查看当前驱动模块

4.执行命令

/lib/modules/4.1.15 # modprobe chrdevbase.ko
chrdevbase: module license 'unspecified' taints kernel.
Disabling lock debugging due to kernel taint
module_init!
/lib/modules/4.1.15 # lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: P
chrdevbase               664  0
/lib/modules/4.1.15 # rmmod chrdevbase.ko
module_exit!
/lib/modules/4.1.15 # lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: P
/lib/modules/4.1.15 # ls
8188eu.ko              ft5x06.ko              libcomposite.ko
8189fs.ko              g_audio.ko             modules.alias
8192cu.ko              g_mass_storage.ko      modules.dep
8821cu.ko              gpioled.ko             modules.symbols
adcApp                 ledAPP                 usb_f_mass_storage.ko
chrdevbase.ko          ledApp                 usb_f_uac1.ko
/lib/modules/4.1.15 # lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: P
/lib/modules/4.1.15 # modprobe chrdevbase.ko
module_init!
/lib/modules/4.1.15 # lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: P
chrdevbase               664  0
/lib/modules/4.1.15 # rmmod chrdevbase.ko
module_exit!
/lib/modules/4.1.15 # lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: P

5.在Ubuntu上的根文件系统中同步可以看到文件

alientek@ubuntu16:~/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15$ pwd
/home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15
alientek@ubuntu16:~/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15$ ls
8188eu.ko  chrdevbase.ko      ledApp           modules.symbols
8189fs.ko  ft5x06.ko          ledAPP           usb_f_mass_storage.ko
8192cu.ko  g_audio.ko         libcomposite.ko  usb_f_uac1.ko
8821cu.ko  g_mass_storage.ko  modules.alias
adcApp     gpioled.ko         modules.dep
alientek@ubuntu16:~/linux/nfs/rootfs/lib/modules/4.1.15$ ls
8188eu.ko  chrdevbase.ko      ledApp           modules.symbols
8189fs.ko  ft5x06.ko          ledAPP           usb_f_mass_storage.ko
8192cu.ko  g_audio.ko         libcomposite.ko  usb_f_uac1.ko
8821cu.ko  g_mass_storage.ko  modules.alias
adcApp     gpioled.ko         modules.dep

我们的第一个驱动模块加载与卸载编译完成

五、代码

chrdevbase.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>//printk函数头文件
static int __init chrdevbase_init(void)
{
    printk("module_init!\r\n");
	return 0;
}

static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
	//没有返回值
    printk("module_exit!\r\n");
}
/*
模块的入口与出口
*/
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);
/*
模块的一些许可证信息
*/

MODULE_AUTHOR("Chao");//作者是谁
MODULE_LICENSE("GPL");//开源协议