Linux驱动开发（二）

news2024/9/23 3:18:49

一、驱动流程

驱动需要以下几个步骤才能完成对硬件的访问和操作：

  1. 模块加载函数 module_init
  2. 注册主次设备号 <应用程序通过设备号找到设备>
  3. 驱动设备文件 <应用程序访问驱动的方式> 1、手动创建 （mknod）2、程序自动创建
  4. file_operations <驱动对硬件的读、写、释放等>
  5. 模块卸载函数 module_exit

在这里插入图片描述

二、举例详解

1、第一种向内核注册字符设备

#include <linux/module.h> // module_init module_exit
#include <linux/init.h>    // __init __exit
#include <linux/fs.h>

#define MYMAJOR 200
#define MYNAME    "LED_DEVICE"

 //int (*open) (struct inode *, struct file *);

//open函数的格式是上面的格式：

static int led_dev_open(struct inode *inode, struct file *file)

{
　　printk(KERN_INFO "led_dev_open open\n");
}

//release函数的原型是：int (*release) (struct inode *, struct file *);

static int led_dev_close（struct inode *inode, struct file *file）
{
　　printk(KERN_INFO "led_dev_close close\n");
}

static const struct file_operations led_dev_fops{
　　.opne = led_dev_open,
　　.release = led_dev_close,
}

static int __init leddev_init(void)
{
　　int ret = -1;
　　printk(KERN_INFO "leddev_init");
　
　　ret = register_chrdev(MYMAJOR, MYNAME, &led_dev_fops);
　　if(ret) {
　　　　printk(KERN_ERR "led devices rigister failed");
　　　　retunt -EINVAL;
　　}

　　printk(KERN_INFO "led regist sucess");
　　return 0;
}

static int __exit leddev_exit(void)
{
　　printfk(KERN_INFO "led device exit");
　　unregister_chrdev(MYMAJOR, NAME)；
}

module_init(leddev_init);module_exit(leddev_exit);

// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("bhc");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("led test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息

注：
通过对驱动的流程进行分析，以上代码中缺少对设备节点的创建，也就是说，上边的代码，应用程序是没有方法进行访问和操作的，这时，我们可以通过手动的方式进行处理，即使用mknod进行创建，

应用调用驱动是通过驱动设备文件来调用驱动的，我们首先要用mknod /dev/xxx c 主设备号 次设备号 命令来创建驱动设备文件

安装好驱动以后，主设备号可以在/proc/devices文件中查看，但是由于不同的设备主设备号占用的不一样，有时候需要系统来自动分配

主设备号，这个如何实现呢：

我们可以在register_chrdev函数的major变量传参0进去，因为这个函数的返回值为主设备号，所以我们定义一个全局变量来接受这个值即可

static int mymajor;

//注册的时候

mymajor = register_chrdev(0, MYNAME, &ded_dev_fops); # 返回的是自动分配的主设备号

//释放的时候

unregister_chrdev(mymajor, MYNAME);

这样即可；

register_chrdev（major, name, struct file_openrations） # 注册设备号，缺点是只能注册主设备号
unregister_chrdev（major, name） # 注销设备号

1、第二种向内核注册字符设备

#include <linux/module.h>        // module_init  module_exit
#include <linux/init.h>            // __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <plat/map-base.h>
#include <plat/map-s5p.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/string.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/cdev.h>

//#define MYMAJOR            200
//#define MYNAME            "LED_DEVICE"
#define MYDEV             250
#define LED_COUNT        1

#define GPJ0_PA_base        0xE0200240        
#define GPJ0CON_PA_OFFSET    0x0

struct cdev my_led_cdev;

unsigned int *pGPJ0CON;
unsigned int *pGPJ0DAT;

static char kbuf[100];
static int mymojor;

static int led_dev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "led_dev open\n");
    
    return 0;
}

static int led_dev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "led_dev close\n");
    
    return 0;
}

ssize_t led_dev_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
    int ret = -1;
        
    ret = copy_to_user(buf, kbuf, sizeof(kbuf));
    if(ret) {
        printk(KERN_ERR "kernel led read error\n");
    }
    printk(KERN_INFO "led device read success\n");
}

static ssize_t led_dev_write(struct file *file, const char __user *user_buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    int ret = -1;
    
    //首先把kbuf清零
    memset(kbuf, 0, sizeof(kbuf));    
    ret = copy_from_user(kbuf, user_buf, count);
    if(ret) {
        printk(KERN_ERR "kernel led write error\n");
        return -EINVAL;
    }
 
    printk(KERN_INFO "led device write success\n");
    
    if (kbuf[0] == '1') {
        *pGPJ0CON = 0x11111111;
        *(pGPJ0CON + 1) = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5));
    }
    
    if (kbuf[0] == '0') {
        *(pGPJ0CON + 1) = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
    }  
    return 0;
}

static const struct file_operations led_dev_fops = {
    .open = led_dev_open,
    .write = led_dev_write,
    .read = led_dev_read,    
    .release = led_dev_release,
    .owner = THIS_MODULE,
};

// 模块安装函数
static int __init leddev_init(void)
{    
    int err = 0;
    printk(KERN_INFO "led_device init\n");
    
    
    //在这里进行注册驱动，因为安装驱动实际上执行的就是这个函数；
    err = register_chrdev_region(MKDEV(MYDEV,0), LED_COUNT, "MY_LED_DEV");
    
    if(err)
    {
        printk(KERN_ERR " register_chrdev_region failed\n");
        
        return -EINVAL;
    }
    
    printk(KERN_INFO "leddev_dev regist success\n");
    
    cdev_init(&my_led_cdev, &led_dev_fops);
    
    cdev_add(&my_led_cdev, MKDEV(MYDEV,0), LED_COUNT);
    
    
    if(!request_mem_region(GPJ0_PA_base + GPJ0CON_PA_OFFSET, 8, "GPJ0PABAST")) {
        return -EINVAL;
    }
    
    pGPJ0CON = ioremap(GPJ0_PA_base + GPJ0CON_PA_OFFSET, 4);
        
    return 0;
}

// 模块下载函数
static void __exit leddev_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "leddev_dev  exit\n");
    
    //注销led设备驱动
    cdev_del(&my_led_cdev);
    
    unregister_chrdev_region(MKDEV(MYDEV,0), LED_COUNT);
    
    iounmap(GPJ0_PA_base + GPJ0CON_PA_OFFSET);
    
    release_mem_region(GPJ0_PA_base + GPJ0CON_PA_OFFSET, 8);
    
    printk(KERN_INFO "leddev_dev  unregist success\n");   
}

module_init(leddev_init);
module_exit(leddev_exit);

// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");                // 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("bhc");                 // 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("led test");       // 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");            // 描述模块的别名信息

注：

（1）第二种注册函数

static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)

以上是第一种注册字符设备的方式，这种方式无法设置次设备号。本次的设备如下所示：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) # 注册设备
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);  # 初始化函数
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)  # 添加设备函数
void cdev_del(struct cdev *p)   # 删除设备函数
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)  # 卸载设备

（2）主次设备号注册

linux内核为我们提供了三个宏来确定from、主设备号、次设备号

MKDEV、MAJOR、NIMOR，这么是这三个宏在linux内核中定义的用法：

#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

比如说我们的主设备号为250 第一个次设备号为0，那么from应该赋值的参数为MKDEV(250, 0)

知道dev的话 主设备号为 MAJOR(dev)、次设备号为：MINOR(dev)

（3）内核和驱动之间的数据交互

static inline long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n);     #  从驱动到用户空间
static inline long copy_from_user(void *to, const void __user * from, unsigned long n)   #  从用户空间到驱动

（4）虚拟空间映射

下面我们的低层驱动开始真正的操作硬件了：

在操作硬件的时候，我们会用到硬件的寄存器，因为我们之前在逻辑程序中使用的物理地址来直接写的，而我们在开发板上移植好内核以后

我们的内核程序就是运行在虚拟地址上了，所以我们要看一下我们的linux内核中虚拟地址跟物理地址是如何映射的

动态虚拟地址：当我们要使用这个寄存器的物理地址的时候，不用事先建立好的页表，而是给物理地址动态的分配一个虚拟地址，操作的时候直接使用这个动态分配的虚拟地址

操作物理地址即可，使用完以后取消映射即可；

使用动态虚拟地址映射首先：

1：建立映射

使用request_mem_region向内核申请虚拟地址空间；

#define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name), 0)

request_mem_region实际上是一个宏，真正调用的是 __request_region这个函数；

request_mem_region宏需要三个参数：start：启示的物理地址，n长度，name

申请成功则返回0；

ioremap

#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap(cookie, size, MT_DEVICE)

也是一个宏，调用的是内核函数__arm_ioremap

这个宏需要两个参数起始物理地址以及 长度；

2：使用完以后我们首先要消除映射

取消映射iounmap宏

#define iounmap(cookie) __iounmap(cookie)

接受一个参数，起始物理地址；

然后在消除分配的虚拟地址

使用release_mem_region

#define release_mem_region(start,n) __release_region(&iomem_resource, (start), (n))

这个宏只需要两个参数即可一个是起始物理地址，一个长度；

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