【Linux驱动开发】新字符设备驱动

register_chrdev(注册字符设备) 和 unregister_chrdev(注销字符设备) 是老版本驱动使用的函数,现在新的字符设备驱动已经不再使用这两个函数,而是使用Linux内核推荐的新字符设备驱动API函数。

一、启动系统

Linux 系统选择通过 TFTP 从网络启动,并且使用 NFS 挂载网络根文件系统
(1)设置 bootargs 环境变量,根文件系统从 nfs/roofts 启动

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)设置 bootcmd 环境变量,通过 TFTP 启动内核和设备树

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

 

二、编写驱动程序

使用的函数表:

分配和释放设备号
没有指定设备号时申请设备号:
alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
dev:保存申请到的设备号。 baseminor次设备号起始地址;count要申请的设备号数量;name:设备名
指定了设备的主设备号和次设备号时申请设备号:
register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) 
from:要申请的起始设备号;count要申请的数量,一 般都是一个;name设备名
释放设备号:
unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
from:要释放的设备号;countfrom 开始,要释放的设备号数量
设备号宏定义:
MAJOR:获取主设备号;MINOR:获取次设备号;MKDEV:将主设备号和次设备号组成dev_t 类型的设备号
新字符设备注册与注销
初始化:
cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
cdev要初始化的 cdev 结构体变量;fops字符设备文件操作函数集合
注册字符设备:
cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
p指向要添加的字符设备(cdev 结构体变量);dev:设备使用的设备号;count:要添加的设备数量
注销字符设备:
cdev_del(struct cdev *p)
p就是要删除的字符设备
自动创建设备节点
使用mdev 来实现设备节点文件的自动创建与删除,管理热插拔事件
在 /etc/init.d/rcS 文件中添加语句: echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
创建和删除类
创建类:
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)
owner一般为 THIS_MODULEname类名;返回值:指向结构体 class 的指针,即创建的类
删除类:
class_destroy(struct class *cls)
cls要删除的类
创建和删除设备

创建设备

struct device *device_create(struct class,*class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
class设备要创建在哪个类下面;parent父设备,NULLdevt设备号;drvdata设备可能会使用的一些数据,NULL
fmt设备名字,如果设置 fmt=xxx 的话,就会生成 /dev/xxx 设备文件;返回值:创建好的设备
删除设备:
device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
classs要删除的设备所处的类;devt要删除的设备号
设置文件私有数据
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类*/
struct device *device; /* 设备*/
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */

 

编写三个文件:

newchrled.c 字符设备(LED)驱动程序
ledApp.c 应用程序
Makefile 编译文件

 newchrled.c

newchrled.c
led_switch
LED 打开/关闭函数
led_open

打开设备函数

设置私有数据(设备号、cdev、类、设备、主设备号、次设备号 )
led_release
关闭设备函数
led_read
从设备读取数据
led_write
向设备写数据
struct file_operations newchrled_fops
设备操作函数,led_open、led_release、led_read、led_write对应结构体函数
__init led_init
驱动入口函数
1、寄存器地址映射 、初始化LED端口、使能GPIO时钟、设置GPIO复用、设置IO属性、设置GPIO输出
2、注册字符设备驱动(创建设备号、初始化 cdev、添加一个 cdev、创建类、创建设备)
__exit led_exit
驱动出口函数
1、取消寄存器地址映射
2、注销字符设备(删除 cdev,释放设备号、删除设备、删除类)
#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		  	/* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME			"newchrled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 					0			/* 关灯 */
#define LEDON 					1			/* 开灯 */
 
/* 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)

/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
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设备结构体 */
struct newchrled_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;		/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
};

struct newchrled_dev newchrled;	/* led设备 */

/*
 * @description		: LED打开/关闭
 * @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED,LEDOFF(1) 关闭LED
 * @return 			: 无
 */
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		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 从设备读取数据 
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt 	: 要读取的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
 */
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件,表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
 */
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];		/* 获取状态值 */

	if(ledstat == LEDON) {	
		led_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */
	} else if(ledstat == LEDOFF) {
		led_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */
	}
	return 0;
}

/*
 * @description		: 关闭/释放设备
 * @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

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

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
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时钟 */
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);	/* 清楚以前的设置 */
	val |= (3 << 26);	/* 设置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	/* 3、设置GPIO1_IO03的复用功能,将其复用为
	 *    GPIO1_IO03,最后设置IO属性。
	 */
	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
	
	/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03设置IO属性
	 *bit 16:0 HYS关闭
	 *bit [15:14]: 00 默认下拉
     *bit [13]: 0 kepper功能
     *bit [12]: 1 pull/keeper使能
     *bit [11]: 0 关闭开路输出
     *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
     *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
     *bit [0]: 0 低转换率
	 */
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

	/* 4、设置GPIO1_IO03为输出功能 */
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);	/* 清除以前的设置 */
	val |= (1 << 3);	/* 设置为输出 */
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 5、默认关闭LED */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3);	
	writel(val, GPIO1_DR);

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (newchrled.major) {		/*  定义了设备号 */
		newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
		register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);	/* 申请设备号 */
		newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	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、添加一个cdev */
	cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

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

	/* 5、创建设备 */
	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	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
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);

	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&newchrled.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT); /* 注销设备号 */

	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数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
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];
 
	/* 打开led驱动 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
 
	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作:打开或关闭 */
 
	/* 向/dev/led文件写入数据 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("LED Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}
 
	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	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、编译

1、编译驱动程序

make -j12

编译成功 :

2、编译应用程序

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

 

四、测试:

1、将newchrled.ko和 ledApp这两个文件拷贝到 rootfs/lib/modules 目录


2、第一次加载使用需要使用 depmod 命令

( depmod(depend module)可检测模块的相依性,供modprobe在安装模块时使用 )

depmod

生成 modules.alias、modules.symbols、modules.dep 三个文件

3、加载驱动,输出自动分配的主设备号和次设备号

modprobe newchrled.ko

4、查看设备节点

ls /dev/newchrled -l

5、开关 LED 灯

./ledApp /dev/newchrled 1 //打开 LED 灯

./ledApp /dev/newchrled 0 //关闭 LED 灯
./ledApp 执行应用程序
/dev/led 要操作的设备
1 写入值

6、卸载驱动

rmmod newchrled.ko

 

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