第一、二期銜接——3.1 字符驅動設備—LED設備驅動框架搭建

字符驅動設備之LED設備驅動框架搭建

• 硬件平臺：韋東山嵌入式Linxu開發板（S3C2440.v3）
• 軟件平臺：運行於VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系統
• 參考資料：《嵌入式Linux應用開發手冊》
• 開發環境：Linux 2.6.22.6 內核、arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6工具鏈

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一、軟件系統的大致分層

我們從上往下分析：
①、在應用程序中：執行open，read等函數時，實際上會觸發swi異常。

②、在庫中：進行系統調用，執行swi指令（swi val，每個函數都有對應的val值），引起CPU的異常。

③、在內核中：系統調用接口根據發生異常的原因，即val值，執行虛擬文件系統中的sys_open、sys_read等函數。

④、在驅動程序中：sys_open、sys_read等函數 調用 對應驅動程序中的xxx_open、xxx_read函數（這個類似於C++中的多態），執行實現不同的功能。

二、Linux驅動程序的分類

1、字符設備（Character device）

  字符設備如其名所示，是以字節流的形式訪問設備的，如按鍵，串口，聲卡，觸摸屏等，存取時沒有緩存。

2、塊設備（Block device）

  塊設備，即數據是以塊的形式存放的，所以通常在數據存放時會按照一定的格式（通過文件系統的類型定義），需要一定的緩存來支持。

3、網絡接口（Network interface）

  網絡接口有上述兩種驅動的特點，但是又有所不同。其訪問必須通過套接字，結合TCP/IP協議棧來使用。

三、初步的代碼框架

我這個裏的編程方式是參考linux-2.6.22.6\drivers\leds\leds-s3c24xx.c目錄下的源碼，進行編寫的。

1、編寫open、write函數

新建一個驅動程序文件first_drv.c，參考內核的源碼編寫first_drv_open()、first_drv_write()函數

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printf("first_drv_open\n");
	return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
	printf("first_drv_write\n");
	return 0;
}

2、如何告訴內核有這個驅動程序

2.1 構建file_operations()結構體

參考內核源碼，定義結構體，根據需求添加函數指針。

static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量 */
    .open   =   first_drv_open,     
	.write	=	first_drv_write,	   
};

2.2 定義驅動的入口函數first_drv_init()、註冊驅動register_chrdev()

內核源碼：

• major：主設備號，先設置爲111
• name：設備名稱，可自定義
• fops：文件系統的接口指針，即上述定義的結構體名稱

static int first_drv_init(void)
{
	register_chrdev(111, "first_drv", &first_drv_fops); // 註冊, 告訴內核
	return 0;
}

2.3 通過module_init()修飾入口函數，讓內核怎麼知道哪個設備對應哪個的入口

module_init(first_drv_init);

2.4 添加出口函數first_drv_exit()，module_exit()修飾入口函數，用於卸載驅動

static void first_drv_exit(void)
{
	unregister_chrdev(major, "first_drv"); 
}

module_exit(first_drv_exit);

3、Makefile文件編寫

參考內核源碼：

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order

obj-m	+= first_drv.o

4、完整文件

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("first_drv_open\n");
	return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
	printk("first_drv_write\n");
	return 0;
}

static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量 */
    .open   =   first_drv_open,     
	.write	=	first_drv_write,   
};

/* 入口函數 */
static int first_drv_init(void)
{
	register_chrdev(252, "first_drv", &first_drv_fops); // 註冊, 告訴內核
	return 0;
}

/* 出口函數 */
static void first_drv_exit(void)
{
	unregister_chrdev(252, "first_drv"); 
}

/* 修飾 */
module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

四、編譯文件

1、編譯

執行make命令後就生成如下文件

2、傳輸

利用NFS網絡文件繫系統，把.ko文件傳輸到開發板上

3、加載驅動

在開發板上的根文件系統下執行insmod first_drv.ko，加載驅動
cat /proc/devices可以看到加載驅動前，根文件系統下的驅動有：

加載驅動後：

五、測試文件

1、新建一個測試文件firsttest.c

代碼如下：

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

/* firstdrvtest on
  * firstdrvtest off
  */
int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	int val = 1;
	fd = open("/dev/xxx", O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("./firstdrvtest <on|off>");
	}
	return 0;
}

2、上傳到開發板的根文件系統，新建文件

根據代碼中的/dev/xxx執行新建命令mkdir /dev/xxx 111 0，執行應用程序./firstdrvtest，可以看到成功調用了驅動程序。