Linux字符设备驱动之Tiny6410 LED驱动分析

来源：互联网发布：数据库备份类型编辑：程序博客网时间：2024/05/08 11:27

摘要： 驱动程序是应用程序和底层硬件之间的桥梁，非常重要。字符设备是一种可以当做一个字节流来存取的设备，这样的设备只能一个字节一个字节的进行数据传输，这样的驱动常常至少实现open、close、read、和write系统条用，常见的有串口、LED、文本控制台等，字符设备通过文件系统节点来存取，例如/dev/tty1和/dev/lp0.在一个字符设备和一个普通文件之间唯一相关的不同就是，你可以在普通的文件中移来移去，但是大部分字符社诶仅仅是数据通道，只能顺序存取。

重要概念

1. 用户空间和内核空间

一个驱动模块在内核空间运行，而应用程序则是在用户空间运行，这个概念是操作系统的理论基础。Linux为这两种空间之间的数据传输定义了两个函数，分别为copy_to_user()和copy_from_user(),从字面意思可以知道函数的意义。比如在编写驱动程序时，很显然驱动程序属于内核空间，会经常使用copy_from_user()函数，从应用程序中获取数据给驱动程序。

2. 编译模块

使用make xxxx modules 生成xxx.ko模块。

3. 加载和卸载模块（驱动）

驱动生成的模块需要加载到内核中，加载模块使用insmod指令，

如：insmod xxx.ko

卸载驱动则用rmmod命令。

4. 所需头文件

#include<linux/module.h> //包含大量加载模块所需的函数和符号定义

#include<linux/init.h> //制定初始化和清理函数

许可凭证指令：MODULE_LICENSE(“GPL”);

5. 初始化和关停

初始化指令：static int __init initialization_function(void)

{

}

module_init(initialization_function);

初始化函数应声明为静态，因为他们不会再特定文件之外可见，毕竟static的重点应用是“隐藏”。声明中的__init标识是给内核一个暗示，该函数只是在初始化时使用，一旦模块加载者在模块加载后会丢掉这个初始化函数，使它的内存用作他用。

module_init是强制的，该宏定义增加了特别的段到模块目标代码中，表明在哪里找到模块的初始化函数，没有这个定义，初始化函数不会被调用。

清理函数：static void__exit cleanup_function(void)

{

}

module_exit(cleanup_function);

清理函数没有返回值，用于模块的卸载。

6. 主、次设备号

字符设备的索引节点，是操作系统访问该设备驱动的入口点，尤其主设备号尤为重要。

在linux中，设备号是一个dev_t类型数据，其中dev_t其实就是一个32位数，低12位为主设备号，高20位为次设备号。获取主次设备号，使用宏定义：

MAJOR(dev_t dev);

MINOR(dev_t dev);

而如果有了主次设备号，转换成dev_t数据，也是用宏定义

MKDEV(intmajor,int minor);

7. 注册和释放设备

在建立一个字符驱动时，第一件重要的事情就是注册设备编号，常见的有3个函数完成这一功能，分别为：register_chrdev_region()、alloc_chrdev_region()和register_chrdev().

在内核中所有已经分配的字符设备驱动都是记录在一个名为chrdevs的列表中。

alloc_chrdev_region()是动态注册分配主次设备号。

register_chrdev_region()是已经知道设备主次设备号进行注册。

register_chrdev()是老版本的设备号注册方式。

这3个函数一方面是完成设备注册到内核中，另外一方面是将该设备与对应的file_operations结构体进行链接，这样就实现了驱动程序“接口”的链接。

该3个函数一般用于设备初始化函数 __init func(void)中。

8. 重要数据结构

file_operations :文件操作数据结构，定义了字符设备驱动的接口，由于所有的驱动接口名称是相同的，都是open，read，write等，所以要求不同的设备对应不同的xxx_open,xxx_read,xxx_write等，这些的接口就定义在file_openations结构体中。

常见的如：

struct file_operaions xxx_fops = {

.owner =THIS_MODULE,

.llseek =xxx_llseek,

.read = xxx_read,

.write =xxx_write,

.ioctl =xxx_ioctl,

.open = xxx_open,

.release =xxx_release,

};

其中open为设备的打开程序，如串口打开，LED接口定义等。而release函数的功能与open相反，用于设备的释放或者关闭，如串口关闭等。

Tiny6410开发板的LED驱动

下面是针对tiny6410开发板的LED进行开发的驱动文件tiny6410_leds.c的详细分析：

#include <linux/miscdevice.h>

#include <linux/delay.h>

#include <asm/irq.h>

#include <mach/regs-gpio.h>

#include <mach/hardware.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/delay.h>

#include <linux/moduleparam.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/ioctl.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/string.h>

#include <linux/list.h>

#include <linux/pci.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include <asm/atomic.h>

#include <asm/unistd.h>

#include <mach/map.h>

#include <mach/regs-clock.h>

#include <mach/regs-gpio.h>

#include <plat/gpio-cfg.h>

#include <mach/gpio-bank-e.h>

#include <mach/gpio-bank-k.h>

#define LED_MAJOR 243

#define LED_ON 1

#define LED_OFF 0

#define LED_1_ON 2

#define LED_1_OFF 3

#define LED_2_ON 4

#define LED_2_OFF 5

#define LED_3_ON 6

#define LED_3_OFF 7

#define LED_4_ON 8

#define LED_4_OFF 9

/*************.open函数*****************/

static int led_open(struct inode *inode,struct file *file)

{

unsigned tmp;

tmp =readl(S3C64XX_GPKCON);

tmp =(tmp&0x0000ffff)|0x1111ffff;

writel(tmp,S3C64XX_GPKCON);

printk("*************open************");

return 0;

}

/*************.read函数******************/

static int led_read(struct file *file,char __user *buf,size_tcount,loff_t *f_pos)

{

return count;

}

/*************.write函数******************/

static int led_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_tcount,loff_t *f_pos)

{

char wbuf[10];

unsigned tmp;

if (copy_from_user(wbuf,buf,count))

return -EFAULT;

switch(wbuf[0])

{

case LED_ON:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0x0f);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turn on!\n");

break;

case LED_OFF:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0xf0);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turn off!\n");

break;

case LED_1_ON:

tmp = readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0xef);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turn LED1 on!\n");

break;

case LED_1_OFF:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp |= (0xf0);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnLED1 off!\n");

break;

case LED_2_ON:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0xdf);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnled2 off!\n");

break;

case LED_2_OFF:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp |= (0xf0);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnled2 on!\n");

break;

case LED_3_ON:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0xbf);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnled3 off!\n");

break;

case LED_3_OFF:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp |= (0xf0);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turn led3 on!\n");

break;

case LED_4_ON:

tmp =readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp &=(0x7f);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnled4 off!\n");

break;

case LED_4_OFF:

tmp = readl(S3C64XX_GPKDAT);

tmp |= (0xf0);

writel(tmp,S3C64XX_GPKDAT);

printk("turnled4 on!\n");

break;

default:

break;

}

return 0;

}

/*************.releae函数******************/

int led_release(struct inode *inode,struct file *file)

{

printk("**************release*********");

return 0;

}

/*************.file_operations 结构体******************/

struct file_operations led_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.open = led_open,

.read = led_read,

.write = led_write,

.release = led_release,

};

/*************init初始化函数 ******************/

int __init led_init(void)

{

int rc;

printk("test leddev\n");

rc =register_chrdev(LED_MAJOR,"led",&led_fops); //重要

if(rc<0)

{

printk("register%s char dev error\n","led");

return -1;

}

printk("ok!\n");

return 0;

}

void __exit led_exit(void)

{

unregister_chrdev(LED_MAJOR,"lde");

printk("moduleexit\n");

return ;

}

module_init(led_init);

module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("JSQ");

生成tiny6410_led.ko所需的Makefile脚本

obj-m := tiny6410_leds.o

KDIR :=/opt/FriendlyARM/mini6410/linux/linux-2.6.38

all:

make -C $(KDIR) M=$(shellpwd) modules

install:

cp tiny6410_leds.ko /opt/FriendlyARM/mini6410/linux/linux-2.6.38/drivers/char

clean:

make -C $(KDIR) M=$(shellpwd) clean

其中：make -C $(KDIR)M=$(shell pwd) modules 命令是make modules（生成模块.ko）命令的扩展，它是改变它的目录到-C选项提供的目录下（内核源码目录），它在哪里会发现内核的顶层makefile，这个M=选项使makefile在试图建立模块钱汇到你的模块源码目录，这个目标，依次的是指在obj-m变量中发现的模块列表，在本例中是tiny6410_leds.o

加载设备驱动模块，并挂载设备驱动

加载驱动：insmod tiny6410_leds.ko

挂载设备节点： mknod /dev/leds c 243 0

测试程序tiny6410_leds_test.c：

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#define LED_OFF 0

#define LED_ON 1

#define LED_1_ON 2

#define LED_1_OFF 3

#define LED_2_ON 4

#define LED_2_OFF 5

#define LED_3_ON 6

#define LED_3_OFF 7

#define LED_4_ON 8

#define LED_4_OFF 9

int main (void)

{

int i=0;

int fd;

char buf[10]={

LED_ON , LED_OFF ,

LED_1_ON, LED_1_OFF,

LED_2_ON, LED_2_OFF,

LED_3_ON, LED_3_OFF,

LED_4_ON, LED_4_OFF,

};

fd =open("/dev/led",O_RDWR); //打开驱动，开始使用驱动

if (fd < 0)

{

printf ("Open/dev/led file error\n");

return -1;

}

while(i<10)

{

write(fd,&buf[i],4); //使用驱动接口函数write

sleep(1);

i++;

}

close (fd);

return 0;

}

应用程序tiny6410_leds_test.c的编译 Makefile

ifndef DESTDIR

DESTDIR ?= /tmp/FriendlyARM/mini6410/rootfs

endif

CFLAGS =-Wall -O2

CC =arm-linux-gcc

INSTALL =install

TARGET =led_test

all: $(TARGET)

led_test: tiny6410_leds_test.c

$(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

install: $(TARGET)

$(INSTALL) $^$(DESTDIR)/usr/bin

clean distclean:

rm -rf *.o $(TARGET)

#----------------------------------------------------------------------------

.PHONY: $(PHONY) install clean distclean

# End of file

# vim: syntax=make

运行测试程序：./tiny610_leds_test

测试结果---串口输出：

其中tiny6410开发板指示灯与测试程序定义相同，而且通过这个测试发现，release函数还是很有必要的，能够终止该进程，否则会一直死循环。

0 0