字符驱动设计----mini2440LED驱动设计之路

    之前有一段时间学过驱动，学的很吃力，总是理解不通透，于是就放下了。最近再拾起时，思考之前遇到的问题，归结于零碎化，于是试着换一种思路去探究。
    大多数书籍在介绍字符驱动过于理论化，纵览一章都是些文字，再附上一些零碎的代码，看的人头晕，时间长了自然就不想看了。 对于驱动的学习，刚开始不能过于理论化，一定要结合实际，要不然像空中楼台，住在上面，心里老感觉不踏实。那么如何入手呢？我觉得三点是很重要的：
1  驱动设计的总体框架（对于每种类型的驱动设计，最好画出模型图）
2  参考现有实例化的驱动
3  针对某一具体硬件，自己写驱动来实现
 接下来以字符驱动设计为例，也是mini2440led驱动实现。
1 字符设备驱动模型如下图所示，这是一个总体调用框架图，具体的字符设备驱动模型参照另外一篇引用的博客【字符设备驱动模型】，驱动层主要做的工作是file_operations结构体中一些关键函数的实现，包括open,read,ioctl。本例中主要实现open,ioctl。
    

2 现有驱动模型实例

#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/init.h>#include <linux/delay.h>#include <asm/irq.h>#include <asm/arch/regs-gpio.h>#include <asm/hardware.h>#define DEVICE_NAME     "leds"  /* 加载模式后，执行”cat /proc/devices”命令看到的设备名称 */#define LED_MAJOR       231     /* 主设备号 *//* 应用程序执行ioctl(fd, cmd, arg)时的第2个参数 */#define IOCTL_LED_ON    0#define IOCTL_LED_OFF   1/* 用来指定LED所用的GPIO引脚 */static unsigned long led_table [] = {    S3C2410_GPB5,    S3C2410_GPB6,    S3C2410_GPB7,    S3C2410_GPB8,};/* 用来指定GPIO引脚的功能：输出 */static unsigned int led_cfg_table [] = {    S3C2410_GPB5_OUTP,    S3C2410_GPB6_OUTP,    S3C2410_GPB7_OUTP,    S3C2410_GPB8_OUTP,};/* 应用程序对设备文件/dev/leds执行open(...)时， * 就会调用s3c24xx_leds_open函数 */static int s3c24xx_leds_open(struct inode *inode, struct file *file){    int i;        for (i = 0; i < 4; i++) {        // 设置GPIO引脚的功能：本驱动中LED所涉及的GPIO引脚设为输出功能        s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i], led_cfg_table[i]);    }    return 0;}/* 应用程序对设备文件/dev/leds执行ioclt(...)时， * 就会调用s3c24xx_leds_ioctl函数 */static int s3c24xx_leds_ioctl(    struct inode *inode,     struct file *file,     unsigned int cmd,     unsigned long arg){    if (arg > 4) {        return -EINVAL;    }        switch(cmd) {    case IOCTL_LED_ON:        // 设置指定引脚的输出电平为0        s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg], 0);        return 0;    case IOCTL_LED_OFF:        // 设置指定引脚的输出电平为1        s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg], 1);        return 0;    default:        return -EINVAL;    }}/* 这个结构是字符设备驱动程序的核心 * 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数， * 最终会调用这个结构中指定的对应函数 */static struct file_operations s3c24xx_leds_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   =   s3c24xx_leds_open,         .ioctl  =   s3c24xx_leds_ioctl,};/* * 执行“insmod s3c24xx_leds.ko”命令时就会调用这个函数 */static int __init s3c24xx_leds_init(void){    int ret;    /* 注册字符设备驱动程序     * 参数为主设备号、设备名字、file_operations结构；     * 这样，主设备号就和具体的file_operations结构联系起来了，     * 操作主设备为LED_MAJOR的设备文件时，就会调用s3c24xx_leds_fops中的相关成员函数     * LED_MAJOR可以设为0，表示由内核自动分配主设备号     */    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, DEVICE_NAME, &s3c24xx_leds_fops);    if (ret < 0) {      printk(DEVICE_NAME " can't register major number\n");      return ret;    }        printk(DEVICE_NAME " initialized\n");    return 0;}/* * 执行”rmmod s3c24xx_leds.ko”命令时就会调用这个函数  */static void __exit s3c24xx_leds_exit(void){    /* 卸载驱动程序 */    unregister_chrdev(LED_MAJOR, DEVICE_NAME);}/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */module_init(s3c24xx_leds_init);module_exit(s3c24xx_leds_exit);/* 描述驱动程序的一些信息，不是必须的 */MODULE_AUTHOR("http://my.csdn.net/czxyhll.");        // 驱动程序的作者MODULE_DESCRIPTION("S3C2410/S3C2440 LED Driver");   // 一些描述信息MODULE_LICENSE("GPL");                              // 遵循的协议

现在就对字符设备驱动进行分析：
1 在open函数里有s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i], led_cfg_table[i])，此函数实现相应GPIO的功能，包括输入输出及其他功能。这个函数看似简单，如果想彻底弄明白还是有一定的难度，应为此函数的实现涉及到I/O内存空间，物理地址PA与虚拟地址VA的映射，GPIO寄存器的方面的知识。先附上其函数原型。

void s3c2410_gpio_cfgpin(unsigned int pin, unsigned int function){void __iomem *base = S3C24XX_GPIO_BASE(pin);unsigned long mask;unsigned long con;unsigned long flags;if (pin < S3C2410_GPIO_BANKB) {mask = 1 << S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);} else {mask = 3 << S3C2410_GPIO_OFFSET(pin)*2;}switch (function) {case S3C2410_GPIO_LEAVE:mask = 0;function = 0;break;case S3C2410_GPIO_INPUT:case S3C2410_GPIO_OUTPUT:case S3C2410_GPIO_SFN2:case S3C2410_GPIO_SFN3:if (pin < S3C2410_GPIO_BANKB) {function -= 1;function &= 1;function <<= S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);} else {function &= 3;function <<= S3C2410_GPIO_OFFSET(pin)*2;}}/* modify the specified register wwith IRQs off */local_irq_save(flags);con  = __raw_readl( );con &= ~mask;con |= function;__raw_writel(con, base + 0x00);local_irq_restore(flags);}

此函数里比较关键的两点：1 传递过来的实参值 led_table[i], led_cfg_table[i]。这里讨论当i=0的情况，即led_table[0]=S3C2410_GPB5,led_cfg_table[0]=S3C2410_GPB5_OUTP的值。
2 *base = S3C24XX_GPIO_BASE(pin)，*base到底等于多少？
3 GPIO寄存器的读写。

先讨论第1点，S3C2410_GPB5的值，根据以下宏定义  #define S3C2410_GPB5   S3C2410_GPIONO(S3C2410_GPIO_BANKB, 5)
#define S3C2410_GPIONO(bank,offset) ((bank) + (offset))
#define S3C2410_GPIO_BANKB   (32*1)
可获得S3C2410_GPB5=32*1+5=37=0b100101=pin  //取i=0时
S3C2410_GPB5_OUTP的值，根据以下宏定义    #define S3C2410_GPB5_OUTP    (0x01 << 10)
可获知 S3C2410_GPB5_OUTP= (0x01 << 10)=function   //对应GPB5[11:10]，参考芯片手册

现在来讨论第2点，*base的值，这个比较麻烦。
#define S3C24XX_GPIO_BASE(x)  S3C2410_GPIO_BASE(x)
#define S3C2410_GPIO_BASE(pin)   ((((pin) & ~31) >> 1) + S3C24XX_VA_GPIO)
#define S3C24XX_VA_GPIO   ((S3C24XX_PA_GPIO - S3C24XX_PA_UART) + S3C24XX_VA_UART)
#define S3C24XX_PA_GPIO     S3C2410_PA_GPIO
#define S3C2410_PA_GPIO   (0x56000000)

#define S3C24XX_PA_UART     S3C2410_PA_UART
#define S3C2410_PA_UART   (0x50000000)

#define S3C24XX_VA_UART   S3C_VA_UART
#define S3C_VA_UART S3C_ADDR(0x01000000)/* UART */
#define S3C_ADDR(x) (S3C_ADDR_BASE + (x))
#define S3C_ADDR_BASE (0xF4000000)   // I/O内存地址基地址，为什么从0xF4000000开始，

自底向上进行分析，S3C24XX_VA_UART=（0xF4000000+0x01000000）=0xF5000000   //Uart的虚拟起始基地址，这个值也可以是其他数值，只要映射时不冲突就行，分配时尽量往高端，为了使动态映射区足够大供内核使用。
S3C2410_PA_UART=0x50000000   //uart物理地址
S3C24XX_VA_GPIO=（0x56000000-0x50000000）+0xF5000000=0xFB000000      //GPIO的虚拟起始基址，看到这儿有什么想法，最直接的一个想法是对于I/0端口映射是线性的。参照下图
 *base=S3C2410_GPIO_BASE(37)=((((37) & ~31) >> 1) + 0xFB000000 =0b10000+0xFB000000=0xFB000010  //GPBCON对于的虚拟地址
  

((((pin) & ~31) >> 1) 的含义很明确，就是确定是哪个GPXCON寄存器的地址（X=A,B...H）。

接下来讨论GPIO寄存器的读写，代码如下。local_irq_save(flags);   //关中断con  = __raw_readl( );    con &= ~mask;con |= function;__raw_writel(con, base + 0x00);   //设置相应寄存器local_irq_restore(flags);       //开中断

这几条语句就是设置GPBCON寄存器为function功能，这里设置GPB5[11：10]引脚为输出功能

接下来讨论第二个函数 s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg], 0)
函数原型如下：

void s3c2410_gpio_setpin(unsigned int pin, unsigned int to){void __iomem *base = S3C24XX_GPIO_BASE(pin);unsigned long offs = S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);unsigned long flags;unsigned long dat;local_irq_save(flags);dat = __raw_readl(base + 0x04);dat &= ~(1 << offs);dat |= to << offs;__raw_writel(dat, base + 0x04);local_irq_restore(flags);}

EXPORT_SYMBOL(s3c2410_gpio_setpin);
S3C24XX_GPIO_BASE(pin)  //上文中已经分析了其用途，主要是获取每组寄存器的基地址。例如GPBCON
S3C2410_GPIO_OFFSET(pin)  //寄存器组内偏移地址。例如GPB5
local_irq_save(flags);   //关闭中断
dat = __raw_readl(base + 0x04);    //读寄存器内容，base+0x04表示寄存器GPXDAT (X=A,B,C...F)
dat &= ~(1 << offs);   // 清空其要设置的位，保持其他位不变
dat |= to << offs;    //  
__raw_writel(dat, base + 0x04);  //  设置寄存器GPXDAT
local_irq_restore(flags);   //开中断
刚开始感觉mini2440led驱动设计比较难，很多地方不懂，待仔细分析后，主要难道就是上面重点分析的两个函数。这里有几个函数没有展开进行分析，像__raw_readl() ,__raw_writel(),local_irq_save(),local_irq_restore()。这些函数大家可以展开分析。好了，写的手有点发酸了，该休息了。

	
				
	
					   
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