Linux字符设备驱动开发基础

Linux驱动：封装对底层硬件的操作，向上层应用提供操作接口

一. 概念介绍

一般用户在应用程序里调用的 open, read, write 函数是 c 库的函数， 这些函数会触发 swi val异常，从而引发系统调用，进入到内核空间， 内核通过VFS（virtual Filesystem）来实现调用不同的驱动函数。

例如：我们有一个函数，

int main(){    int fd1, fd2;    int val = 1;    fd1 = open("/dev/led", O_RDWR);    write(fd1, &val, 4);    fd2 = open("hello.txt", O_RDWR);    write(fd2, &val, 4);}

函数里相同的open、write函数，引发的不同的行为，一个是操控硬件，一个是写文件。

简单的调用关系如下：

用户 –> 系统调用 –> 驱动程序

open –> sys.open –> led.open write –> sys.write –> led.write

二. 字符设备驱动框架

实现步骤：

1. 实现驱动的 led.open, led.write, led.read 操作
2. 定义file_operations结构体, 把驱动函数填充到里面
3. 把这个结构告诉内核， 通个注册函数 register_chrdev(major, “first_drv”, &first_drv_fops) 来实现
4. 谁来调用注册函数 –>驱动的入口函数来调用这个注册函数， first_drv_init
5. 修饰一下这个函数入口函数，module_init(first_drv_init)

//第一步：驱动功能实现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;}//第二步：定义结构体，并把驱动函数填充进去static struct file_operations first_drv_fops = {    .owner = THIS_MODULE,   /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */    .open  = first_drv_open,    .write = first_drv_write,};//第四步：实现驱动入口函数，来调用注册函数int major;static int first_drv_init(void){    //第三步：通过使用注册函数，把结构体告诉内核    major = register_chrdev(0,"first_drv",&first_drv_fops);// 注册，告诉内核    return 0;}static void first_drv_exit(void){    unregister_chrdev(major,"first_drv");//卸载}//第五步：修饰入口函数，及退出函数module_init(first_drv_init);module_exit(first_drv_exit);

三. 关联 [设备号] 与 [设备节点]

设备号要与设备结点关联起来，才能通过open(“/dev/xyz”)方便的操作。

1. 设置主设备号

驱动程序可以自动分配主设备号， 也可以手工指定

// 设置为 0 时是系统自动分配主设备号major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); // 通过 [cat /proc/devices] 看一下系统为我们的first_drv分配的设备号是多少// 手动分配 666主设备号给 first_drvregister_chrdev(666, "first_drv", &first_drv_fops); 

2. 设置设备节点

当应该程序 执行 open(“/dev/xyz”) 操作时，这个/dev/xyz怎么来的

2.1 手动创建

// 创建设备节点mknod /dev/xyz c（表示是字符设备） 主设备号 次设备号//查看设备信息：ls -l /dev/xyz

2.2 自动创建
mdev – 根据系统信息创建设备节点

static struct class *firstdrv_class;static struct class_device *firstdrv_class_dev;int major;static int first_drv_init(void){    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops);    //创建设备信息，执行后会出现 /sys/class/firstdrv    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");     //创建设备节点，就是根据上面的设备信息来的    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class,    NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */    return 0;}static void first_drv_exit(void){    unregister_chrdev(major, "first_drv");    //删除节点及信息    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);    class_destroy(firstdrv_class);}

编译测试驱动：

驱动程序：first_drv.c

#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 struct class *firstdrv_class;static struct class_device *firstdrv_class_dev;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,   /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */    .open  = first_drv_open,    .write = first_drv_write,};int major;static int first_drv_init(void){    major = register_chrdev(0,"first_drv",&first_drv_fops);// 注册，告诉内核    //printk("first_drv_init\n");    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */    return 0;}static void first_drv_exit(void){    unregister_chrdev(major,"first_drv");//卸载    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);    class_destroy(firstdrv_class);}module_init(first_drv_init);module_exit(first_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");  

驱动测试程序：

#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/xyz",O_RDWR);    if(fd < 0)    {        printf("can't open!\n");    }    write(fd,&val,4);    return 0;}

Makefile:

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6all:    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean:    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean    rm -rf modules.orderobj-m += first_drv.o

测试步骤：

①uboot中挂载文件系统设置：
bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0

bootargs=noinitrd root=/dev/nfs nfsroot=192.168.2.3:/work/nfs_root/czg ip=192.168.2.5:192.168.2.3:192.168.2.1:255.255.255.0::eth0:off rootfstype=jffs2 init=/linuxrc console=ttySAC0

②将驱动程序和驱动测试程序编译好，并拷贝至NFS文件夹

makecp first_drv.ko /work/nfs_root/czg

arm-linux-gcc -o firstdrvtest firstdrvtest.ccp firstdrvtest /work/nfs_root/czg

③加载驱动程序，并测试

insmod first_drv.ko //卸载：rmmod 查看：lsmod//测试./firstdrvtest