linux內核字符設備驅動之寫操作

應用程序write函數的使用：

char *p = “hello,world”;
write(fd, p, 12); //將數據寫入到設備

底層驅動write接口

struct file_operations {
    ssize_t (*write) (struct file *file, 
                                    const char __user *buf, 
                                    size_t count, 
                                    loff_t *ppos);
};
write接口作用：用於寫設備，將數據寫入到設備中
與應用程序write的調用關係：
應用程序調用write->...->調用驅動write接口
參數：
file:文件指針
buf:保存用戶緩衝區的首地址(p),在驅動程序中不能直接訪問這個buf，如果驅動程序要向從用戶空間將數據從buf拷貝到內核空間，必須利用內核提供的內存拷貝函數
count:用戶要寫入的字節數，例如12字節 
ppos:保存寫的位置信息，例如
        獲取上一次的寫位置：
        loff_t pos = *ppos; 
        假如這次成功寫了12字節；
        最後要更新寫位置信息：
        *ppos = pos + 12;

切記：對於write接口的第二個參數buf,這個buf指針保存的是用戶緩衝區的首地址，在內核空間不能直接訪問操作，需要利用內核的內存拷貝函數，將用戶數據拷貝到內核空間，這個內存拷貝函數：

unsigned long copy_from_user(void  *to, 
                            void __user *from, 
                            unsigned long n)
作用：將用戶緩衝區的數據拷貝到內核緩衝區中
參數：
to:目的地址，傳遞內核緩衝區的首地址
from:源地址，傳遞用戶緩衝區的首地址(buf)
n:要拷貝的字節數
將來只要看到__user修飾的指針，就不能在驅動中直接訪問操作，必須利用內存拷貝函數！

案例：編寫字符設備驅動，提供write接口，將用戶空間的數據寫入到內核空間

int udata = 0x5555;
write(fd, &udata, sizeof(udata));

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h> //struct file_operations
#include <linux/cdev.h> //struct cdev + 設備號
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/uaccess.h> //copy_to_user

//聲明描述LED硬件相關的數據結構
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定義初始化LED硬件信息
static struct led_resource led_info[] = {
    [0] = {
        .name = "LED1",
        .gpio = S5PV210_GPC0(3)
    },
    [1] = {
        .name = "LED2",
        .gpio = S5PV210_GPC0(4)
    }
};

//定義設備號
static dev_t dev;

//定義字符設備對象
static struct cdev led_cdev;

//調用關係：應用程序open->....->led_open
static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 1);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序close->...->led_close
static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義初始化內核緩衝區(存儲空間再後1G虛擬內存中)
    int kdata = 0x5555;

    //將內核數據上報給用戶
    //切記：buf雖然保存的用戶緩衝區的首地址，但不能直接訪問
    //*(int *)buf = kdata;錯誤
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失敗返回負值，成功返回實際讀取的字節數
}

//調用關係：應用程序write->...->最終調用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義內核緩衝區
    int kdata;

    //拷貝用戶數據到內核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));
    printk("%s:從用戶寫入的數據 kdata = %#x\n", __func__, kdata);
    return count; //失敗返回負值，成功返回寫入的字節數
}

//定義初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打開設備
    .release = led_close, //關閉設備
    .read = led_read, //讀取設備
    .write = led_write //寫設備
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申請設備號
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符設備對象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //註冊字符設備對象到內核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申請GPIO資源和配置GPIO爲輸出口，輸出0(省電)
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_request(led_info[i].gpio, led_info[i].name); 
        gpio_direction_output(led_info[i].gpio, 0);
    }
    return 0;
}

static void led_exit(void)
{
    int i;

    //輸出0，釋放GPIO資源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸載字符設備對象
    cdev_del(&led_cdev);
    //釋放設備號
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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

int main(void)
{
    int fd;
    int udata = 0x5555;  //定義用戶緩衝區

    //打開設備
    //open->....->調用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打開設備失敗!\n");
        return -1;
    }

    //write->...->調用led_write
    write(fd, &udata, sizeof(udata));

    //關閉設備
    //close->...->調用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

案例：用戶寫1，開所有的燈；用戶寫0，關所有的燈；

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h> //struct file_operations
#include <linux/cdev.h> //struct cdev + 設備號
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/uaccess.h> //copy_to_user

//聲明描述LED硬件相關的數據結構
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定義初始化LED硬件信息
static struct led_resource led_info[] = {
    [0] = {
        .name = "LED1",
        .gpio = S5PV210_GPC0(3)
    },
    [1] = {
        .name = "LED2",
        .gpio = S5PV210_GPC0(4)
    }
};

//定義設備號
static dev_t dev;

//定義字符設備對象
static struct cdev led_cdev;

//調用關係：應用程序open->....->led_open
static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 1);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序close->...->led_close
static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義初始化內核緩衝區(存儲空間再後1G虛擬內存中)
    int kdata = 0x5555;

    //將內核數據上報給用戶
    //切記：buf雖然保存的用戶緩衝區的首地址，但不能直接訪問
    //*(int *)buf = kdata;錯誤
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失敗返回負值，成功返回實際讀取的字節數
}

//調用關係：應用程序write->...->最終調用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    int i;

    //定義內核緩衝區
    int kdata;

    //拷貝用戶數據到內核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));

    //開或者關燈
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, kdata);

    return count; //失敗返回負值，成功返回寫入的字節數
}

//定義初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打開設備
    .release = led_close, //關閉設備
    .read = led_read, //讀取設備
    .write = led_write //寫設備
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申請設備號
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符設備對象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //註冊字符設備對象到內核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申請GPIO資源和配置GPIO爲輸出口，輸出0(省電)
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_request(led_info[i].gpio, led_info[i].name); 
        gpio_direction_output(led_info[i].gpio, 0);
    }
    return 0;
}

static void led_exit(void)
{
    int i;

    //輸出0，釋放GPIO資源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸載字符設備對象
    cdev_del(&led_cdev);
    //釋放設備號
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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

int main(void)
{
    int fd;
    int udata;  //定義用戶緩衝區

    //打開設備
    //open->....->調用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打開設備失敗!\n");
        return -1;
    }

    //write->...->調用led_write
    while (1) {
        udata = 1; //開
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
        udata = 0; //關
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
    }
    //關閉設備
    //close->...->調用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

案例：用戶能夠指定其中某個燈的開關狀態；

提示：

用戶不僅僅要告訴燈的開關狀態，還要告訴驅動用戶現在要想操作哪個燈；

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h> //struct file_operations
#include <linux/cdev.h> //struct cdev + 設備號
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/uaccess.h> //copy_to_user

//聲明LED操作的數據結構
struct led_cmd {
    int index;
    int cmd;
};

//聲明描述LED硬件相關的數據結構
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定義初始化LED硬件信息
static struct led_resource led_info[] = {
    [0] = {
        .name = "LED1",
        .gpio = S5PV210_GPC0(3)
    },
    [1] = {
        .name = "LED2",
        .gpio = S5PV210_GPC0(4)
    }
};

//定義設備號
static dev_t dev;

//定義字符設備對象
static struct cdev led_cdev;

//調用關係：應用程序open->....->led_open
static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 1);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序close->...->led_close
static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);

    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義初始化內核緩衝區(存儲空間再後1G虛擬內存中)
    int kdata = 0x5555;

    //將內核數據上報給用戶
    //切記：buf雖然保存的用戶緩衝區的首地址，但不能直接訪問
    //*(int *)buf = kdata;錯誤
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失敗返回負值，成功返回實際讀取的字節數
}

//調用關係：應用程序write->...->最終調用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義內核緩衝區
    struct led_cmd kdata;

    //拷貝用戶數據到內核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));

    //開或者關燈
    gpio_set_value(led_info[kdata.index - 1].gpio, kdata.cmd);
    printk("%s:第%d燈被%s\n", 
            __func__, kdata.index, kdata.cmd?"打開":"關閉");
    return count; //失敗返回負值，成功返回寫入的字節數
}

//定義初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打開設備
    .release = led_close, //關閉設備
    .read = led_read, //讀取設備
    .write = led_write //寫設備
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申請設備號
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符設備對象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //註冊字符設備對象到內核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申請GPIO資源和配置GPIO爲輸出口，輸出0(省電)
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_request(led_info[i].gpio, led_info[i].name); 
        gpio_direction_output(led_info[i].gpio, 0);
    }
    return 0;
}

static void led_exit(void)
{
    int i;

    //輸出0，釋放GPIO資源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸載字符設備對象
    cdev_del(&led_cdev);
    //釋放設備號
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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

//聲明LED操作的數據結構
struct led_cmd {
    int index; //指定燈的編號
    int cmd; //開關命令
};

int main(void)
{
    int fd;
    struct led_cmd udata;  //定義用戶緩衝區

    //打開設備
    //open->....->調用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打開設備失敗!\n");
        return -1;
    }

    //write->...->調用led_write
    while (1) {
        udata.index = 1; //第一個燈
        udata.cmd = 1;  //開
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
        udata.index = 2; //第二個燈
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
    }
    //關閉設備
    //close->...->調用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

linux內核字符設備驅動之寫操作

應用程序write函數的使用：

底層驅動write接口

案例：編寫字符設備驅動，提供write接口，將用戶空間的數據寫入到內核空間

案例：用戶寫1，開所有的燈；用戶寫0，關所有的燈；

案例：用戶能夠指定其中某個燈的開關狀態；

提示：

AI模型 Llama 3體驗筆記

【面試準備】又一次失敗的面試經歷，題目離譜～資深軟件測試工程師

dotnet 8 版本與銀河麒麟V10和UOS系統的 glibc 兼容性

sourceInsight4 破解方法

Mac下Jetbrains快捷鍵

arm的一些概念(ARM7、Cortex-M的區別)

TLS協議原理

數字簽名的原理

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結