一、 字符设备驱动简介
字符设备是Linux驱动中最基本的一类设备驱动，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。比如常见的点灯、按键、IIC、SPI、LCD 等等都是字符设备，这些设备的驱动就叫做字符设备驱动。
Linux驱动基本原理：Linux中一切皆为文件，驱动加载成功后会在/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的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。
比如LED驱动，会有/dev/led驱动文件，应用程序使用open函数来打开该文件；若要点亮或关闭led，就使用write函数写入开关值；若要获取led灯的状态，就用read函数从驱动文件中读取相应的状态；使用完成后使用close函数关闭该驱动文件。
Linux驱动运行方式有以下两种：
- 将驱动编译进内核中， 当Linux内核启动时就会自动运行驱动程序
- 将驱动编译成模块， 在内核启动后使用insmod命令加载驱动模块
在驱动开发阶段一般都将其编译为模块，不需要编译整个Linux代码，方便调试驱动程序。当驱动开发完成后，根据实际需要，可以选择是否将驱动编译进Linux内核中。
二、字符设备驱动模板
包括读写函数、poll机制、异步通知、定时器、中断、自动创建设备节点和环形缓冲区。
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.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/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>
struct gpio_desc{
int gpio;
int irq;
char *name;
int key;
struct timer_list key_timer;//定时器结构体
} ;
static struct gpio_desc gpios[2] = {
{131, 0, "gpio_100ask_1", },
{132, 0, "gpio_100ask_2", },
};
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;
struct fasync_struct *button_fasync;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN) //取模运算，算出下一个位置
static int is_key_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_key_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_key(int key)
{
if (!is_key_buf_full())
{
g_keys[w] = key;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static int get_key(void)
{
int key = 0;
if (!is_key_buf_empty())
{
key = g_keys[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return key;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);
// static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{
/* data ==> gpio */
// struct gpio_desc *gpio_desc = from_timer(gpio_desc, t, key_timer);
struct gpio_desc *gpio_desc = (struct gpio_desc *)data;
int val;
int key;
val = gpio_get_value(gpio_desc->gpio);
//printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_desc->gpio, val);
key = (gpio_desc->key) | (val<<8);
put_key(key);//按键值放入环形缓冲区
wake_up_interruptible(&gpio_wait);
kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
}
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
int err;
int key;
if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());
key = get_key();
err = copy_to_user(buf, &key, 4);
return 4;
}
static ssize_t gpio_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
unsigned char ker_buf[2];
int err;
if (size != 2)
return -EINVAL;
err = copy_from_user(ker_buf, buf, size);
if (ker_buf[0] >= sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]))
return -EINVAL;
gpio_set_value(gpios[ker_buf[0]].gpio, ker_buf[1]);
return 2;
}
static unsigned int gpio_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
static int gpio_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体*/
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_drv_read,
.write = gpio_drv_write,
.poll = gpio_drv_poll,
.fasync = gpio_drv_fasync,
};
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;
printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_desc->gpio);
//定时器 用来消除抖动
mod_timer(&gpio_desc->key_timer, jiffies + HZ/5);//修改定时器的超时时间= jiffies(当前时间) + 赫兹/5
return IRQ_HANDLED;//成功处理
}
/* 在入口函数 */
static int __init gpio_drv_init(void)
{
int err;
int i;
int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpios[i].irq = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);//引脚编号转换成中断号
//设置定时器：定时器结构体，定时器超时函数，传给超时函数的参数
setup_timer(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);
//timer_setup(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, 0);更高版本的内核用该函数
gpios[i].key_timer.expires = ~0;//超时时间无穷大
//启动定时器
add_timer(&gpios[i].key_timer);
//注册中断
//中断号 中断处理函数 中断触发类型 名字不重要 最后一个参数是用户自行决定是否要传给中断函数的参数
err = request_irq(gpios[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpios[i]);
}
/* 注册file_operations 注册字符设备驱动程序*/
major = register_chrdev(0, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv); /* /dev/gpio_desc */
gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");
if (IS_ERR(gpio_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
return PTR_ERR(gpio_class);
}
device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_gpio"); /*/dev/100ask_gpio */
return err;
}
/* 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 gpio_drv_exit(void)
{
int i;
int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_class);
unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
del_timer(&gpios[i].key_timer);
}
}
module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
