【嵌入式Linux驅動開發】十九、Linux MISC 雜項驅動

  人生從來少坦途,無過之人自古無。
  與其頓足深奧惱,不若取訓思克服。
  達明觀事向前看,積極樂觀煩惱除。
  他人之議何足論,自得其樂真幸福。


一、Linux MISC 雜項驅動介紹

  所有的 MISC 設備驅動的主設備號都爲 10,不同的設備使用不同的從設備號。隨着 Linux字符設備驅動的不斷增加,設備號變得越來越緊張,尤其是主設備號, MISC 設備驅動就用於解決此問題。MISC 設備會自動創建 cdev,不需要像我們以前那樣手動創建,因此採用 MISC 設備驅動可以簡化字符設備驅動的編寫。我們需要向 Linux 註冊一個 miscdevice 設備, miscdevice 是一個結構體,定義在文件 include/linux/miscdevice.h 中,內容如下:

struct miscdevice {
	int minor; /* 子設備號 */
	const char *name; /* 設備名字 */
	const struct file_operations *fops; /* 設備操作集 */
	struct list_head list;
	struct device *parent;
	struct device *this_device;
	const struct attribute_group **groups;
	const char *nodename;
	umode_t mode;
};

  定義一個 MISC 設備(miscdevice 類型)以後我們需要設置 minor、 name 和 fops 這三個成員變量。 minor 表示子設備號, MISC 設備的主設備號爲 10,這個是固定的,需要用戶指定子設備號,Linux 系統已經預定義了一些 MISC 設備的子設備號,這些預定義的子設備號定義在include/linux/miscdevice.h 文件中,如下所示:

#define PSMOUSE_MINOR 1
#define MS_BUSMOUSE_MINOR 2 /* unused */
#define ATIXL_BUSMOUSE_MINOR 3 /* unused */
/*#define AMIGAMOUSE_MINOR 4 FIXME OBSOLETE */
#define ATARIMOUSE_MINOR 5 /* unused */
#define SUN_MOUSE_MINOR 6 /* unused */
......
#define MISC_DYNAMIC_MINOR 255

  我們在使用的時候可以從這些預定義的子設備號中挑選一個,當然也可以自己定義,只要這個子設備號沒有被其他設備使用接口。name 就是此 MISC 設備名字,當此設備註冊成功以後就會在/dev 目錄下生成一個名爲 name 的設備文件。 fops 就是字符設備的操作集合, MISC 設備驅動最終是需要使用用戶提供的 fops 操作集合。當設置好 miscdevice 以後就需要使用 misc_register 函數向系統中註冊一個 MISC 設備,此函數原型如下:

//misc:要註冊的 MISC 設備。
//返回值: 負數,失敗; 0,成功
int misc_register(struct miscdevice * misc)

  以前我們需要自己調用一堆的函數去創建設備,比如在以前的字符設備驅動中我們會使用如下幾個函數完成設備創建過程:

alloc_chrdev_region(); /* 申請設備號 */
cdev_init(); /* 初始化 cdev */
cdev_add(); /* 添加 cdev */
class_create(); /* 創建類 */
device_create(); /* 創建設備 */

  現在我們可以直接使用 misc_register 一個函數來完成示例代碼 57.1.3 中的這些步驟。當我們卸載設備驅動模塊的時候需要調用 misc_deregister 函數來註銷掉 MISC 設備,函數原型如下

//misc:要註銷的 MISC 設備。
//返回值: 負數,失敗; 0,成功
int misc_deregister(struct miscdevice *misc)

  同樣的,以前註銷設備驅動的時候,我們需要調用一堆的函數去刪除此前創建的 cdev、設備等等內容,如下所示:

cdev_del(); /* 刪除 cdev */
unregister_chrdev_region(); /* 註銷設備號 */
device_destroy(); /* 刪除設備 */
class_destroy(); /* 刪除類 */

  現在我們只需要一個 misc_deregister 函數即可完成以前這些工作。

二、編寫程序

  採用 platform 加 misc 的方式編寫 beep 驅動,這也是實際的 Linux 驅動中很常用的方法。 採用 platform 來實現總線、設備和驅動, misc 主要負責完成字符設備的創建。

2.1、驅動程序

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: miscbeep.c
作者	  	: 左忠凱
版本	   	: V1.0
描述	   	: 採用MISC的蜂鳴器驅動程序。
其他	   	: 無
論壇 	   	: www.openedv.com
日誌	   	: 初版V1.0 2019/8/20 左忠凱創建
***************************************************************/
#define MISCBEEP_NAME		"miscbeep"	/* 名字 	*/
#define MISCBEEP_MINOR		144			/* 子設備號 */
#define BEEPOFF 			0			/* 關蜂鳴器 */
#define BEEPON 				1			/* 開蜂鳴器 */

/* miscbeep設備結構體 */
struct miscbeep_dev{
	dev_t devid;			/* 設備號 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;	/* 類 		*/
	struct device *device;	/* 設備 	 */
	struct device_node	*nd; /* 設備節點 */
	int beep_gpio;			/* beep所使用的GPIO編號		*/
};

struct miscbeep_dev miscbeep;		/* beep設備 */

/*
 * @description		: 打開設備
 * @param - inode 	: 傳遞給驅動的inode
 * @param - filp 	: 設備文件,file結構體有個叫做private_data的成員變量
 * 					  一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int miscbeep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &miscbeep; /* 設置私有數據 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向設備寫數據 
 * @param - filp 	: 設備文件,表示打開的文件描述符
 * @param - buf 	: 要寫給設備寫入的數據
 * @param - cnt 	: 要寫入的數據長度
 * @param - offt 	: 相對於文件首地址的偏移
 * @return 			: 寫入的字節數,如果爲負值,表示寫入失敗
 */
static ssize_t miscbeep_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char beepstat;
	struct miscbeep_dev *dev = filp->private_data;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		printk("kernel write failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	beepstat = databuf[0];		/* 獲取狀態值 */
	if(beepstat == BEEPON) {	
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0);	/* 打開蜂鳴器 */
	} else if(beepstat == BEEPOFF) {
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1);	/* 關閉蜂鳴器 */
	}
	return 0;
}

/* 設備操作函數 */
static struct file_operations miscbeep_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = miscbeep_open,
	.write = miscbeep_write,
};

/* MISC設備結構體 */
static struct miscdevice beep_miscdev = {
	.minor = MISCBEEP_MINOR,
	.name = MISCBEEP_NAME,
	.fops = &miscbeep_fops,
};

 /*
  * @description     : flatform驅動的probe函數,當驅動與
  *                    設備匹配以後此函數就會執行
  * @param - dev     : platform設備
  * @return          : 0,成功;其他負值,失敗
  */
static int miscbeep_probe(struct platform_device *dev)
{
	int ret = 0;

	printk("beep driver and device was matched!\r\n");
	/* 設置BEEP所使用的GPIO */
	/* 1、獲取設備節點:beep */
	miscbeep.nd = of_find_node_by_path("/mybeep");
	if(miscbeep.nd == NULL) {
		printk("beep node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	} 

	/* 2、 獲取設備樹中的gpio屬性,得到BEEP所使用的BEEP編號 */
	miscbeep.beep_gpio = of_get_named_gpio(miscbeep.nd, "beep-gpios", 0);
	if(miscbeep.beep_gpio < 0) {
		printk("can't get beep-gpio");
		return -EINVAL;
	}

	/* 3、設置GPIO5_IO01爲輸出,並且輸出高電平,默認關閉BEEP */
	ret = gpio_direction_output(miscbeep.beep_gpio, 1);
	if(ret < 0) {
		printk("can't set gpio!\r\n");
	}
	
	/* 一般情況下會註冊對應的字符設備,但是這裏我們使用MISC設備
  	 * 所以我們不需要自己註冊字符設備驅動,只需要註冊misc設備驅動即可
	 */
	ret = misc_register(&beep_miscdev);
	if(ret < 0){
		printk("misc device register failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	return 0;
}

/*
 * @description     : platform驅動的remove函數,移除platform驅動的時候此函數會執行
 * @param - dev     : platform設備
 * @return          : 0,成功;其他負值,失敗
 */
static int miscbeep_remove(struct platform_device *dev)
{
	/* 註銷設備的時候關閉LED燈 */
	gpio_set_value(miscbeep.beep_gpio, 1);

	/* 註銷misc設備 */
	misc_deregister(&beep_miscdev);
	return 0;
}

 /* 匹配列表 */
 static const struct of_device_id beep_of_match[] = {
     { .compatible = "atkalpha-beep" },
     { /* Sentinel */ }
 };
 
 /* platform驅動結構體 */
static struct platform_driver beep_driver = {
     .driver     = {
         .name   = "imx6ul-beep",         /* 驅動名字,用於和設備匹配 */
         .of_match_table = beep_of_match, /* 設備樹匹配表          */
     },
     .probe      = miscbeep_probe,
     .remove     = miscbeep_remove,
};

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static int __init miscbeep_init(void)
{
	return platform_driver_register(&beep_driver);
}

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static void __exit miscbeep_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&beep_driver);
}

module_init(miscbeep_init);
module_exit(miscbeep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

2.2、應用程序

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: miscbeepApp.c
作者	  	: 左忠凱
版本	   	: V1.0
描述	   	: MISC驅動框架下的beep測試APP。
其他	   	: 無
使用方法	 :./miscbeepApp  /dev/miscbeep  0 關閉蜂鳴器
		     ./misdcbeepApp /dev/miscbeep  1 打開蜂鳴器
論壇 	   	: www.openedv.com
日誌	   	: 初版V1.0 2019/8/20 左忠凱創建
***************************************************************/
#define BEEPOFF	0
#define BEEPON 	1

/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv數組元素個數
 * @param - argv 	: 具體參數
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char databuf[1];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];
	fd = open(filename, O_RDWR);	/* 打開beep驅動 */
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要執行的操作:打開或關閉 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("BEEP Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}

	retvalue = close(fd); /* 關閉文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

三、運行程序

qemu開發板正常啓動後,加載驅動,然後輸入以下指令測試蜂鳴器。

./miscbeepApp /dev/miscbeep 0 //關
./miscbeepApp /dev/miscbeep 1 //開
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