linux内核字符设备驱动之写操作

应用程序write函数的使用：

char *p = “hello,world”;
write(fd, p, 12); //将数据写入到设备

底层驱动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：用于写设备，将数据写入到设备中
与应用程序write的调用关系：
应用程序调用write->...->调用驱动write接口
参数：
file:文件指针
buf:保存用户缓冲区的首地址(p),在驱动程序中不能直接访问这个buf，如果驱动程序要向从用户空间将数据从buf拷贝到内核空间，必须利用内核提供的内存拷贝函数
count:用户要写入的字节数，例如12字节 
ppos:保存写的位置信息，例如
        获取上一次的写位置：
        loff_t pos = *ppos; 
        假如这次成功写了12字节；
        最后要更新写位置信息：
        *ppos = pos + 12;

切记：对于write接口的第二个参数buf,这个buf指针保存的是用户缓冲区的首地址，在内核空间不能直接访问操作，需要利用内核的内存拷贝函数，将用户数据拷贝到内核空间，这个内存拷贝函数：

unsigned long copy_from_user(void  *to, 
                            void __user *from, 
                            unsigned long n)
作用：将用户缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区中
参数：
to:目的地址，传递内核缓冲区的首地址
from:源地址，传递用户缓冲区的首地址(buf)
n:要拷贝的字节数
将来只要看到__user修饰的指针，就不能在驱动中直接访问操作，必须利用内存拷贝函数！

案例：编写字符设备驱动，提供write接口，将用户空间的数据写入到内核空间

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 + 设备号
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/uaccess.h> //copy_to_user

//声明描述LED硬件相关的数据结构
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定义初始化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)
    }
};

//定义设备号
static dev_t dev;

//定义字符设备对象
static struct cdev led_cdev;

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定义初始化内核缓冲区(存储空间再后1G虚拟内存中)
    int kdata = 0x5555;

    //将内核数据上报给用户
    //切记：buf虽然保存的用户缓冲区的首地址，但不能直接访问
    //*(int *)buf = kdata;错误
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失败返回负值，成功返回实际读取的字节数
}

//调用关系：应用程序write->...->最终调用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定义内核缓冲区
    int kdata;

    //拷贝用户数据到内核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));
    printk("%s:从用户写入的数据 kdata = %#x\n", __func__, kdata);
    return count; //失败返回负值，成功返回写入的字节数
}

//定义初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打开设备
    .release = led_close, //关闭设备
    .read = led_read, //读取设备
    .write = led_write //写设备
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申请设备号
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符设备对象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //注册字符设备对象到内核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申请GPIO资源和配置GPIO为输出口，输出0(省电)
    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;

    //输出0，释放GPIO资源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸载字符设备对象
    cdev_del(&led_cdev);
    //释放设备号
    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;  //定义用户缓冲区

    //打开设备
    //open->....->调用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打开设备失败!\n");
        return -1;
    }

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

    //关闭设备
    //close->...->调用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

案例：用户写1，开所有的灯；用户写0，关所有的灯；

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

//声明描述LED硬件相关的数据结构
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定义初始化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)
    }
};

//定义设备号
static dev_t dev;

//定义字符设备对象
static struct cdev led_cdev;

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定义初始化内核缓冲区(存储空间再后1G虚拟内存中)
    int kdata = 0x5555;

    //将内核数据上报给用户
    //切记：buf虽然保存的用户缓冲区的首地址，但不能直接访问
    //*(int *)buf = kdata;错误
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失败返回负值，成功返回实际读取的字节数
}

//调用关系：应用程序write->...->最终调用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    int i;

    //定义内核缓冲区
    int kdata;

    //拷贝用户数据到内核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));

    //开或者关灯
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, kdata);

    return count; //失败返回负值，成功返回写入的字节数
}

//定义初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打开设备
    .release = led_close, //关闭设备
    .read = led_read, //读取设备
    .write = led_write //写设备
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申请设备号
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符设备对象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //注册字符设备对象到内核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申请GPIO资源和配置GPIO为输出口，输出0(省电)
    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;

    //输出0，释放GPIO资源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸载字符设备对象
    cdev_del(&led_cdev);
    //释放设备号
    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;  //定义用户缓冲区

    //打开设备
    //open->....->调用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打开设备失败!\n");
        return -1;
    }

    //write->...->调用led_write
    while (1) {
        udata = 1; //开
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
        udata = 0; //关
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
    }
    //关闭设备
    //close->...->调用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

案例：用户能够指定其中某个灯的开关状态；

提示：

用户不仅仅要告诉灯的开关状态，还要告诉驱动用户现在要想操作哪个灯；

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

//声明LED操作的数据结构
struct led_cmd {
    int index;
    int cmd;
};

//声明描述LED硬件相关的数据结构
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定义初始化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)
    }
};

//定义设备号
static dev_t dev;

//定义字符设备对象
static struct cdev led_cdev;

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序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; //执行成功返回0，执行失败返回负值    
}

//调用关系：应用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定义初始化内核缓冲区(存储空间再后1G虚拟内存中)
    int kdata = 0x5555;

    //将内核数据上报给用户
    //切记：buf虽然保存的用户缓冲区的首地址，但不能直接访问
    //*(int *)buf = kdata;错误
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失败返回负值，成功返回实际读取的字节数
}

//调用关系：应用程序write->...->最终调用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定义内核缓冲区
    struct led_cmd kdata;

    //拷贝用户数据到内核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));

    //开或者关灯
    gpio_set_value(led_info[kdata.index - 1].gpio, kdata.cmd);
    printk("%s:第%d灯被%s\n", 
            __func__, kdata.index, kdata.cmd?"打开":"关闭");
    return count; //失败返回负值，成功返回写入的字节数
}

//定义初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打开设备
    .release = led_close, //关闭设备
    .read = led_read, //读取设备
    .write = led_write //写设备
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申请设备号
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");

    //初始化字符设备对象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

    //注册字符设备对象到内核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);

    //申请GPIO资源和配置GPIO为输出口，输出0(省电)
    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;

    //输出0，释放GPIO资源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }
    //卸载字符设备对象
    cdev_del(&led_cdev);
    //释放设备号
    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>

//声明LED操作的数据结构
struct led_cmd {
    int index; //指定灯的编号
    int cmd; //开关命令
};

int main(void)
{
    int fd;
    struct led_cmd udata;  //定义用户缓冲区

    //打开设备
    //open->....->调用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打开设备失败!\n");
        return -1;
    }

    //write->...->调用led_write
    while (1) {
        udata.index = 1; //第一个灯
        udata.cmd = 1;  //开
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
        udata.index = 2; //第二个灯
        write(fd, &udata, sizeof(udata));
        sleep(1);
    }
    //关闭设备
    //close->...->调用led_close
    close(fd);
    return 0;
}

linux内核字符设备驱动之写操作

应用程序write函数的使用：

底层驱动write接口

案例：编写字符设备驱动，提供write接口，将用户空间的数据写入到内核空间

案例：用户写1，开所有的灯；用户写0，关所有的灯；

案例：用户能够指定其中某个灯的开关状态；

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