3-字符设备框架_创建设备文件

字符设备框架：

• 字符设备类包含了同种的字符设备。/sys/class
• 每种设备都有struct cdev来描述的：

struct file_operations *ops = &hello_op    cdev_init(&cdev,&hello_op)dev_t *dev = &devno                             cdev_add(&cdev,devno,1)

用户空间

• 应用程序(用到设备文件名——mknod “/dev/设备文件名” c 主设备号 次设备号)

内核空间

        系统调用            |           vfs  （struct cdev   struct file_operations）            |          驱动  设备号 = MKDEV(主设备号，次设备号);

//struct cdev cdev;struct cdev *cdev;3、初始化file_operations结构体struct file_operations op = {    .owner = THIS_MODULE,//代表了当前模块的意思，不写也没错    .open = hello_open};

加载函数

• 1、申请设备号——dev_t devno = mar_num << 20 | min_num 或者调用 MKDEV(主设备号，次设备号)
• 2、注册设备号
  * 静态注册：register_chrdev_region(devno,需要注册的设备个数，设备文件名);
  * 动态注册：alloc_chrdev_region(devno,起始次设备号，次设备号个数，设备文件名);
  * 静态注册的优点是设备启动需要的时间短，但是容易造成和已存在设备号冲突
  * cdev = kzalloc(sizeof(struct cdev),GFP_KERNEL);
• 4、初始化字符设备 cdev_init(&cdev,&op);
• 5、添加字符设备到内核中 cdev_add(&cdev,devno,1);

卸载函数

• 6、cdev_del(&cdev);
• 7、注销设备号
  
  • unregister_chrdev_region(devno,注销的字符设备个数);

规避版权

自动创建设备节点 描述时设备节点就是设备文件

• 在讲自动创建设备节点前，必须先了解另一部分知识点：sysfs这种文件系统默认被挂载到了/sys目录下.
  它的作用是给用户空间和内核空间提供交互的接口——会将内核中的信息(例如设备号)导出到用户空间，
  并且将信息存放到/sys/module/目录名(以模块名称命名的)/uevent文件中.
  在用户空间中有一个小程序叫做udev，每次开机的时候会去遍历所有的uevent文件，提取出设备号然后在
  /dev/目录下创建设备文件，一旦创建完成后udev阻塞，当我们新加载一个驱动时，sysfs会将新加载的驱动
  信息导出到用户空间同时会产生新的uevent文件，一旦产生uevent文件，udev会唤醒。

struct class *cls;cls = class_create(THIS_MODULE,"hello");这里的hello代表了类的名字，会在/sys/class目录下出现一个文件夹叫做hello，而hello的下面可能出现很多代表子设备的软连接

创建设备文件接口

struct device *devs;devs = device_create(类结构体指针，父设备的结构体指针，);struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)

• 功能：在/dev目录下自动创建设备文件
• 参数1:类结构体指针cls
• 参数2:父设备的device结构体指针，如果没有要写NULL
• 参数3:设备号
• 参数4:一些私有数据，如果不用写NULL
• 参数5:设备文件名，但不一定是完整的设备文件名，如果不使用第六个参数，那么第五个参数就是完整的设备文件名
  
  • 如果使用第六个参数，那么设备文件名则是由第五和第六两个参数构成的。
• 参数6:不需要可以省略

sturct inode{    umode_t i_mode 判断设备类型    struct cdev *i_cdev 存放的是驱动层中cdev结构体的首地址}inode结构体是静态的，最初是存放到磁盘上的，第一次打开文件时会被加载到内核中。inode结构体对于一个文件来讲只有一个。struct file {    const struct file_operations *f_op; 存放了驱动中的file_operations结构体的首地址}用来描述文件的动态信息的，只要打开一次文件就会出现一个新的struct file结构体int (*open) (struct inode *, struct file *);驱动层中的open完成的功能：打开文件，申请资源，识别次设备号，存放私有数据

用户空间

• 系统调用接口open 上层的open通过系统调用号来匹配系统调用源码

内核空间

• 系统调用

内核中：

• 1、
  
vi arch/arm/include/uapi/asm/unistd.h
33 #define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5)
5是系统调用号

• 2、
  
跟进
__Nr_open
713 __SYSCALL(__NR_open, sys_open)
通过系统调用找到了sys_open 内核中一个函数


• 3、

  SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, umode_t, mode)         return do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);                    ||                    \/        struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, &op);                            ||                            \/            filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags | LOOKUP_RCU);                        ||                        \/            3181     error = do_last(nd, &path, file, op, &opened, pathname);                                ||                                \/                    2882         goto finish_open;                                        ||                                        \/                            794     error = do_dentry_open(file, open, current_cred());                                                ||                                                \/                                     727         open = f->f_op->open;                                    其中f->f_op->open;    我们在驱动中自己实现的函数接口，比如.open = hello_open

无论应用层还是底层所谓的读写，都是站在应用层的角度来看待的。

• 读：数据从内核空间流向用户空间
• 写：相反

读 :

• 功能:将内核空间的数据拷贝到用户空间
• 参数1:第一个参数内核创建。
• 参数2:用户空间地址
• 参数3:从内核空间传递给用户空间的数据大小
• 参数4:偏移量

    size_t read(struct file *,char __user *,size_t ,loff_t *)    {        将内核空间的数据拷贝到用户空间 copy_to_user();    }

---

static inline unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n);

• 返回值：成功返回0,失败返回错误码
• 参数1：用户空间的某个地址
• 参数2: 内核空间的某个地址
• 参数3: 需要给用户空间拷贝的字节数
  

  ---

    size_t write(struct file *,const char __user *,size_t ,loff_t *)    {        将用户空间的数据拷贝到内核空间 copy_from_user();    }

---

    static inline unsigned long __must_check copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)

• 返回值:成功返回0，失败返回错误码
• 参数1:内核空间的某个地址
• 参数2:用户空间某个地址
• 参数3：用户空间给内核空间传递的数据的字节数
  

  ---

应用层:

• int ioctl(int fd,int cmd,...);
• 参数1：文件描述符
• 参数2: 命令
• 参数3：如果不需要则省略，如果需要可能是一个普通变量也可能是一个地址
  
  • 如果参数3需要传递一个结构，这个时候需要传递这个结构的首地址，同时驱动层要想获取数据必须调用copy_from_user或者copy_to_user
  • 如果参数3只是传递一个基本类型的数据，驱动层直接通过第三个参数来接收应用层的数据。

• 驱动层:

  • long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
  • 参数2:命令
  • 参数3：接收应用程序传过来的数据

  cmd是一个32位的无符号整数，这个整数分成4个部分             8位                       8位          2位            14位   幻数(代表某个设备,通常用字符)    代表了序号      方向     传递的参数的类型大小

  ---

虚拟地址 = ioremap(物理地址，物理地址占用字节数)

练习 ：

Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)#KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/buildKERNELDIR ?= /home/linux/linux-3.14/PWD ?= $(shell pwd)modules:    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules    cp *.ko /rootfsapp:    arm-none-linux-gnueabi-gcc test.c -o test    cp test /rootfsclean:    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean.PHONY: modules cleanelse    obj-m += led.oendif

---

head.h

#ifndef     __HEAD_H_#define     __HEAD_H_#define     MAGIC   'l'#define     LED2_ON     _IO(MAGIC,0)#define     LED2_OFF    _IO(MAGIC,1)#define     LED3_ON     _IO(MAGIC,2)#define     LED3_OFF    _IO(MAGIC,3)#define     LED4_ON     _IO(MAGIC,4)#define     LED4_OFF    _IO(MAGIC,5)#define     LED5_ON     _IO(MAGIC,6)#define     LED5_OFF    _IO(MAGIC,7)#define     LEDALL_ON   _IO(MAGIC,8)#define     LEDALL_OFF  _IO(MAGIC,9)#endif

---

led.c

#include <linux/kernel.h>#include <linux/module.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/device.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>#include "head.h"#define     LED_MAJOR   505#define     LED_MINOR   0#define     LED_NUM     1#define     LED_NAME    "ledx"#define     CLS_NAME    "led_cls"#define     DEV_NAME    "led"#define     GPX2CON     0x11000c40#define     GPX1CON     0x11000c20#define     GPF3CON     0x114001e0volatile unsigned int * gpx2con;volatile unsigned int * gpx1con;volatile unsigned int * gpf3con;volatile unsigned int * gpx2dat;volatile unsigned int * gpx1dat;volatile unsigned int * gpf3dat;dev_t devno;struct cdev led_cdev;struct class * cls;int led_open (struct inode *inode, struct file *file){     printk(" led_open!!!\n");     return 0;}int led_release (struct inode *inode, struct file *file){     printk(" led_release!!!\n");     return 0;}long led_ioctl (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg){    printk(" led_ioctl !!!\n");    switch (cmd)    {    case LED2_ON:        *gpx2dat = (*gpx2dat)|(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);        break;    case LED2_OFF:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    case LED3_ON:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)|(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    case LED3_OFF:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    case LED4_ON:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x1 << 4);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x1 << 5);          break;    case LED4_OFF:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    case LED5_ON:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x1 << 5);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x1 << 4);          break;    case LED5_OFF:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    case LEDALL_ON:        *gpx2dat = (*gpx2dat)|(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)|(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x3 << 4);          break;    case LEDALL_OFF:        *gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);        *gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);        *gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);          break;    default:        printk(" fault cmd!!!\n");        return -EFAULT;        break;    }    return 0;}struct file_operations led_fops={     .owner          = THIS_MODULE,     .open           = led_open,     .release        = led_release,     .unlocked_ioctl = led_ioctl,};int __init led_init(void){     int ret;     printk(" led_init!!!\n");     devno = MKDEV(LED_MAJOR,LED_MINOR);     ret = register_chrdev_region(devno,LED_NUM,LED_NAME);     if (ret < 0)     {         printk(" register_chrdev_region fail!!!\n");         return -EFAULT;     }     printk(" register_chrdev_region success!!!\n");     printk(" major=%d,minor=%d\n",MAJOR(devno),MINOR(devno));    cdev_init(&led_cdev,&led_fops);    led_cdev.owner = THIS_MODULE;    cdev_add(&led_cdev,devno,LED_NUM);    cls = class_create(THIS_MODULE,CLS_NAME);    if (IS_ERR(cls))    {        printk(" class_create fail!!!\n");        return -EFAULT;    }    device_create(cls,NULL,devno,NULL,DEV_NAME);    gpx2con = ioremap(GPX2CON,0x4);    if (NULL == gpx2con)    {        printk(" gpx2con ioremap fail!!!\n");        return -EFAULT;    }    gpx1con = ioremap(GPX1CON,0x4);    if (NULL == gpx1con )    {        printk(" gpx1con ioremap fail!!!\n");        return -EFAULT;    }    gpf3con = ioremap(GPF3CON,0x4);    if (NULL == gpf3con)    {        printk(" gpf3con ioremap fail!!!\n");        return -EFAULT;    }    gpx2dat = gpx2con + 1;    //gpx2dat = ioremap(0x1100c44,0x4);    gpx1dat = gpx1con + 1;    gpf3dat = gpf3con + 1;    *gpx2con = ((*gpx2con)&~(0xf << 28))|(0x1 << 28);    *gpx1con = ((*gpx1con)&~(0xf <<  0))|(0x1 <<  0);    *gpf3con = ((*gpf3con)&~(0xff <<16))|(0x11 << 16);    *gpx2dat =(*gpx2dat)|(0x1 << 7);    *gpx1dat =(*gpx1dat)|(0x1 << 0);    *gpf3dat =(*gpf3dat)|(0x3 << 4);    return 0;}module_init(led_init);void __exit led_exit(void){     printk(" led_exit!!!\n");     iounmap(gpf3con);     iounmap(gpx1con);     iounmap(gpx2con);     device_destroy(cls,devno);     class_destroy(cls);     cdev_del(&led_cdev);     unregister_chrdev_region(devno,LED_NUM);}module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

---

led.c

#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include "head.h"int main(int argc, char *argv[]){    int fd;    fd = open("/dev/led",O_RDWR);    if (fd < 0)    {        printf(" open fail!!!\n");        return -1;    }    for(;;)    {        ioctl(fd,LED2_ON);        sleep(1);        ioctl(fd,LED3_ON);        sleep(1);        ioctl(fd,LED4_ON);        sleep(1);        ioctl(fd,LED5_ON);        sleep(1);        ioctl(fd,LEDALL_ON);        sleep(1);    }    close(fd);    return 0;}