【Linux驅動開發】新字符設備驅動

register_chrdev（註冊字符設備）和 unregister_chrdev（註銷字符設備）是老版本驅動使用的函數，現在新的字符設備驅動已經不再使用這兩個函數，而是使用Linux內核推薦的新字符設備驅動API函數。

一、啓動系統

Linux 系統選擇通過 TFTP 從網絡啓動，並且使用 NFS 掛載網絡根文件系統
（1）設置 bootargs 環境變量，根文件系統從 nfs/roofts 啓動

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.137.18:/home/pjw/linux/nfs/rootfs ip=192.168.137.20:192.168.137.18:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'

（2）設置 bootcmd 環境變量，通過 TFTP 啓動內核和設備樹

setenv bootcmd 'tftp 80800000 zImage;tftp 83000000 imx6ull-iot-emmc.dtb;bootz 80800000 - 83000000'

二、編寫驅動程序

使用的函數表：

分配和釋放設備號	沒有指定設備號時申請設備號： alloc_chrdev_region(dev_t dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char name) dev：保存申請到的設備號。 baseminor：次設備號起始地址；count：要申請的設備號數量；name：設備名指定了設備的主設備號和次設備號時申請設備號： register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char name) from：要申請的起始設備號；count：要申請的數量，一般都是一個；name：設備名釋放設備號：* unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) from：要釋放的設備號；count：從 from 開始，要釋放的設備號數量設備號宏定義： MAJOR：獲取主設備號；MINOR：獲取次設備號；MKDEV：將主設備號和次設備號組成dev_t 類型的設備號
新字符設備註冊與註銷	初始化： cdev_init(struct cdev cdev, const struct file_operations fops) cdev：要初始化的 cdev 結構體變量；fops：字符設備文件操作函數集合註冊字符設備： cdev_add(struct cdev p, dev_t dev, unsigned count) p：指向要添加的字符設備(cdev 結構體變量)；dev：設備使用的設備號；count：要添加的設備數量註銷字符設備：* cdev_del(struct cdev *p) p：就是要刪除的字符設備
自動創建設備節點	使用mdev 來實現設備節點文件的自動創建與刪除，管理熱插拔事件在 /etc/init.d/rcS 文件中添加語句： echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
創建和刪除類	創建類： struct class class_create (struct module owner, const char name) owner：一般爲 THIS_MODULE；name：類名；返回值：指向結構體 class 的指針，即創建的類刪除類：* class_destroy(struct class *cls) cls：要刪除的類
創建和刪除設備	創建設備： struct device device_create(struct class,class, struct device parent, dev_t devt, void drvdata, const char fmt, ...) class：設備要創建在哪個類下面；parent：父設備，NULL；devt：設備號；drvdata：設備可能會使用的一些數據，NULL； fmt：設備名字，如果設置 fmt=xxx 的話，就會生成 /dev/xxx 設備文件；返回值：創建好的設備刪除設備：* device_destroy(struct class *class, dev_t devt) classs：要刪除的設備所處的類；devt：要刪除的設備號
設置文件私有數據	dev_t devid; /* 設備號 / struct cdev cdev; / cdev / struct class class; /* 類/ struct device device; /* 設備/ int major; / 主設備號 / int minor; / 次設備號 */

編寫三個文件：

newchrled.c	字符設備（LED）驅動程序
ledApp.c	應用程序
Makefile	編譯文件

newchrled.c

newchrled.c
led_switch	LED 打開/關閉函數
led_open	打開設備函數設置私有數據（設備號、cdev、類、設備、主設備號、次設備號）
led_release	關閉設備函數
led_read	從設備讀取數據
led_write	向設備寫數據
struct file_operations newchrled_fops	設備操作函數，led_open、led_release、led_read、led_write對應結構體函數
__init led_init	驅動入口函數 1、寄存器地址映射、初始化LED端口、使能GPIO時鐘、設置GPIO複用、設置IO屬性、設置GPIO輸出 2、註冊字符設備驅動（創建設備號、初始化 cdev、添加一個 cdev、創建類、創建設備）
__exit led_exit	驅動出口函數 1、取消寄存器地址映射 2、註銷字符設備（刪除 cdev，釋放設備號、刪除設備、刪除類）

#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>


#define NEWCHRLED_CNT			1		  	/* 設備號個數 */
#define NEWCHRLED_NAME			"newchrled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 					0			/* 關燈 */
#define LEDON 					1			/* 開燈 */
 
/* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE				(0X020C406C)	
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE				(0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE				(0X0209C004)

/* 映射後的寄存器虛擬地址指針 */
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

/* newchrled設備結構體 */
struct newchrled_dev{
	dev_t devid;			/* 設備號 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;		/* 類 		*/
	struct device *device;	/* 設備 	 */
	int major;				/* 主設備號	  */
	int minor;				/* 次設備號   */
};

struct newchrled_dev newchrled;	/* led設備 */

/*
 * @description		: LED打開/關閉
 * @param - sta 	: LEDON(0) 打開LED，LEDOFF(1) 關閉LED
 * @return 			: 無
 */
void led_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if(sta == LEDON) {
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}else if(sta == LEDOFF) {
		val = readl(GPIO1_DR);
		val|= (1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}	
}

/*
 * @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 led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &newchrled; /* 設置私有數據 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 從設備讀取數據 
 * @param - filp 	: 要打開的設備文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回給用戶空間的數據緩衝區
 * @param - cnt 	: 要讀取的數據長度
 * @param - offt 	: 相對於文件首地址的偏移
 * @return 			: 讀取的字節數，如果爲負值，表示讀取失敗
 */
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	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 led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;

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

	ledstat = databuf[0];		/* 獲取狀態值 */

	if(ledstat == LEDON) {	
		led_switch(LEDON);		/* 打開LED燈 */
	} else if(ledstat == LEDOFF) {
		led_switch(LEDOFF);	/* 關閉LED燈 */
	}
	return 0;
}

/*
 * @description		: 關閉/釋放設備
 * @param - filp 	: 要關閉的設備文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

/* 設備操作函數 */
static struct file_operations newchrled_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
	.release = 	led_release,
};

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static int __init led_init(void)
{
	u32 val = 0;

	/* 初始化LED */
	/* 1、寄存器地址映射 */
  	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);
	GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);
	GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);

	/* 2、使能GPIO1時鐘 */
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);	/* 清楚以前的設置 */
	val |= (3 << 26);	/* 設置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	/* 3、設置GPIO1_IO03的複用功能，將其複用爲
	 *    GPIO1_IO03，最後設置IO屬性。
	 */
	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
	
	/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03設置IO屬性
	 *bit 16:0 HYS關閉
	 *bit [15:14]: 00 默認下拉
     *bit [13]: 0 kepper功能
     *bit [12]: 1 pull/keeper使能
     *bit [11]: 0 關閉開路輸出
     *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
     *bit [5:3]: 110 R0/6驅動能力
     *bit [0]: 0 低轉換率
	 */
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

	/* 4、設置GPIO1_IO03爲輸出功能 */
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);	/* 清除以前的設置 */
	val |= (1 << 3);	/* 設置爲輸出 */
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 5、默認關閉LED */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3);	
	writel(val, GPIO1_DR);

	/* 註冊字符設備驅動 */
	/* 1、創建設備號 */
	if (newchrled.major) {		/*  定義了設備號 */
		newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
		register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
	} else {						/* 沒有定義設備號 */
		alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);	/* 申請設備號 */
		newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);	/* 獲取分配號的主設備號 */
		newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);	/* 獲取分配號的次設備號 */
	}
	printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);
	
	/* 3、添加一個cdev */
	cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

	/* 4、創建類 */
	newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.class)) {
		return PTR_ERR(newchrled.class);
	}

	/* 5、創建設備 */
	newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.device)) {
		return PTR_ERR(newchrled.device);
	}
	
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驅動出口函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static void __exit led_exit(void)
{
	/* 取消映射 */
	iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
	iounmap(GPIO1_DR);
	iounmap(GPIO1_GDIR);

	/* 註銷字符設備驅動 */
	cdev_del(&newchrled.cdev);/*  刪除cdev */
	unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT); /* 註銷設備號 */

	device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
	class_destroy(newchrled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("pjw");

ledApp.c

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
 
 
#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	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];
 
	/* 打開led驅動 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	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 */
 
	/* 向/dev/led文件寫入數據 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("LED 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;
}

Makefile

KERNELDIR := /home/pjw/linux/kernel/iot_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
 
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
 
obj-m := newchrled.o
 
build: kernel_modules
 
kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
 
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

三、編譯

1、編譯驅動程序

make -j12

編譯成功：

2、編譯應用程序

arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

四、測試：

1、將newchrled.ko和 ledApp這兩個文件拷貝到 rootfs/lib/modules 目錄

2、第一次加載使用需要使用 depmod 命令

（ depmod(depend module)可檢測模塊的相依性，供modprobe在安裝模塊時使用）

depmod

生成 modules.alias、modules.symbols、modules.dep 三個文件

3、加載驅動,輸出自動分配的主設備號和次設備號

modprobe newchrled.ko

4、查看設備節點

ls /dev/newchrled -l

5、開關 LED 燈

./ledApp /dev/newchrled 1 //打開 LED 燈

./ledApp /dev/newchrled 0 //關閉 LED 燈

./ledApp	執行應用程序
/dev/led	要操作的設備
1	寫入值

6、卸載驅動

rmmod newchrled.ko

【Linux驅動開發】新字符設備驅動

一、啓動系統

二、編寫驅動程序

使用的函數表：

newchrled.c

ledApp.c

Makefile

三、編譯

四、測試：

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Linux下STM32開發（1）——編譯和燒錄環境搭建

Linux下STM32開發（2）——簡單工程編寫、編譯與下載（Makefile）

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Linux 併發與競爭

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