Linux字符設備驅動開發(fā)基礎

Linux驅動：封裝對底層硬件的操作，向上層應用提供操作接口

一. 概念介紹 一般用戶在應用程序里調用的 open, read, write 函數是 c 庫的函數， 這些函數會觸發(fā) swi val異常，從而引發(fā)系統(tǒng)調用，進入到內核空間， 內核通過VFS（virtual Filesystem）來實現調用不同的驅動函數。

例如：我們有一個函數，

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);
}

函數里相同的open、write函數，引發(fā)的不同的行為，一個是操控硬件，一個是寫文件。 簡單的調用關系如下： 用戶 –> 系統(tǒng)調用 –> 驅動程序

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

二. 字符設備驅動框架 實現步驟： 實現驅動的 led.open, led.write, led.read 操作 定義file_operations結構體, 把驅動函數填充到里面 把這個結構告訴內核， 通個注冊函數 register_chrdev(major, “first_drv”, &first_drv_fops) 來實現 誰來調用注冊函數 –>驅動的入口函數來調用這個注冊函數， first_drv_init 修飾一下這個函數入口函數，module_init(first_drv_init)

//第一步：驅動功能實現
static int first_drv_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("first_drv_openn");
    return 0;
}

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

//第二步：定義結構體，并把驅動函數填充進去
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(chuàng)建的__this_module變量 */
    .open  = first_drv_open,
    .write = first_drv_write,
};

//第四步：實現驅動入口函數，來調用注冊函數
int major;
static int first_drv_init(void)
{
    //第三步：通過使用注冊函數，把結構體告訴內核
    major = register_chrdev(0,"first_drv",&first_drv_fops);// 注冊，告訴內核

    return 0;
}

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

//第五步：修飾入口函數，及退出函數
module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

三. 關聯 [設備號] 與 [設備節(jié)點] 設備號要與設備結點關聯起來，才能通過open(“/dev/xyz”)方便的操作。 1. 設置主設備號 驅動程序可以自動分配主設備號， 也可以手工指定

// 設置為 0 時是系統(tǒng)自動分配主設備號
major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); 
// 通過 [cat /proc/devices] 看一下系統(tǒng)為我們的first_drv分配的設備號是多少

// 手動分配 666主設備號給 first_drv
register_chrdev(666, "first_drv", &first_drv_fops); 

2. 設置設備節(jié)點 當應該程序 執(zhí)行 open(“/dev/xyz”) 操作時，這個/dev/xyz怎么來的

2.1 手動創(chuàng)建

// 創(chuàng)建設備節(jié)點
mknod /dev/xyz c（表示是字符設備） 主設備號 次設備號

//查看設備信息：
ls -l /dev/xyz

2.2 自動創(chuàng)建
mdev – 根據系統(tǒng)信息創(chuàng)建設備節(jié)點

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);

    //創(chuàng)建設備信息，執(zhí)行后會出現 /sys/class/firstdrv
    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv"); 

    //創(chuàng)建設備節(jié)點，就是根據上面的設備信息來的
    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");

    //刪除節(jié)點及信息
    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
}

編譯測試驅動：

驅動程序：first_drv.c

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include 

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_openn");
    return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file,const char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos)
{
    printk("first_drv_writen");
    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(chuàng)建的__this_module變量 */
    .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);// 注冊，告訴內核
    //printk("first_drv_initn");
    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");//卸載

    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
}

module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");  

驅動測試程序：

#include   
#include   
#include   
#include   

/* 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-2.6.22.6

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

測試步驟：

①uboot中掛載文件系統(tǒng)設置：
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將驅動程序和驅動測試程序編譯好，并拷貝至NFS文件夾

make
cp first_drv.ko /work/nfs_root/czg

arm-linux-gcc -o firstdrvtest firstdrvtest.c
cp firstdrvtest /work/nfs_root/czg

③加載驅動程序，并測試

insmod first_drv.ko //卸載：rmmod 查看：lsmod
//測試
./firstdrvtest