嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(二十八)驱动设计的思想:面向对象/分层/分离

简介: 嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(二十八)驱动设计的思想:面向对象/分层/分离

1.1 面向对象


字符设备驱动程序抽象出一个file_operations结构体; 我们写的程序针对硬件部分抽象出led_operations结构体。


1.2 分层


上下分层,比如我们前面写的LED驱动程序就分为2层:

① 上层实现硬件无关的操作,比如注册字符设备驱动:leddrv.c

②下层实现硬件相关的操作,比如board_A.c实现单板A的LED操作

1670917561264.jpg


1.3 分离


还能不能改进?分离。 在board_A.c中,实现了一个led_operations,为LED引脚实现了初始化函数、控制函数:

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
  .num  = 1,
  .init = board_demo_led_init,
  .ctl  = board_demo_led_ctl,
};


如果硬件上更换一个引脚来控制LED怎么办?你要去修改上面结构体中的init、ctl函数。

实际情况是,每一款芯片它的GPIO操作都是类似的。

比如:GPIO1_3、GPIO5_4这2个引脚接到LED:

①GPIO1_3属于第1组,即GPIO1。 有方向寄存器DIR、数据寄存器DR等,基础地址是addr_base_addr_gpio1。 设置为output引脚:修改GPIO1的DIR寄存器的bit3。 设置输出电平:修改GPIO1的DR寄存器的bit3。


② GPIO5_4属于第5组,即GPIO5。 有方向寄存器DIR、数据寄存器DR等,基础地址是addr_base_addr_gpio5。

设置为output引脚:修改GPIO5的DIR寄存器的bit4。 设置输出电平:修改GPIO5的DR寄存器的bit4。


既然引脚操作那么有规律,并且这是跟主芯片相关的,那可以针对该芯片写出比较通用的硬件操作代码。

比如board_A.c使用芯片chipY,那就可以写出:chipY_gpio.c,它实现芯片Y的GPIO操作,适用于芯片Y的所有GPIO引脚。

使用时,我们只需要在board_A_led.c中指定使用哪一个引脚即可。 程序结构如下:

1670917585830.jpg

以面向对象的思想,在board_A_led.c中实现led_resouce结构体,它定义“资源”──要用哪一个引脚。

在chipY_gpio.c中仍是实现led_operations结构体,它要写得更完善,支持所有GPIO。


1.4 写示例代码


使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:

01_all_series_quickstart\
05_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\02_led_drv\03_led_drv_template_seperate


程序仍分为上下结构:上层leddrv.c向内核注册file_operations结构体;下层chip_demo_gpio.c提供led_operations结构体来操作硬件。


下层的代码分为2个:chip_demo_gpio.c实现通用的GPIO操作,board_A_led.c指定使用哪个GPIO,即“资源”。


led_resource.h中定义了led_resource结构体,用来描述GPIO:

04 /* GPIO3_0 */
05 /* bit[31:16] = group */
06 /* bit[15:0]  = which pin */
07 #define GROUP(x) (x>>16)
08 #define PIN(x)   (x&0xFFFF)
09 #define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))
10
11 struct led_resource {
12      int pin;
13 };
14
15 struct led_resource *get_led_resouce(void);
16


board_A_led.c代码如下:根据上面头文件来描叙需要的GPIO,它实现一个led_resource结构体,并提供访问函数:

#include "led_resource.h"
static struct led_resource board_A_led = {
  .pin = GROUP_PIN(3,1),
};
struct led_resource *get_led_resouce(void)
{
  return &board_A_led;
}


chip_demo_gpio.c中,首先获得board_A_led.c实现的led_resource结构体,然后再进行其他操作,请看下面第26行:先看一下头文件。

#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H
struct led_operations {
  int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
  int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};
struct led_operations *get_board_led_opr(void);
#endif
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include "led_opr.h"
#include "led_resource.h"
static struct led_resource *led_rsc;
static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */    
{ 
  //printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
  if (!led_rsc)
  {
  led_rsc = get_led_resouce();
  }
  printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));
  switch(GROUP(led_rsc->pin))
  {
  case 0:
  {
    printk("init pin of group 0 ...\n");
    break;
  }
  case 1:
  {
    printk("init pin of group 1 ...\n");
    break;
  }
  case 2:
  {
    printk("init pin of group 2 ...\n");
    break;
  }
  case 3:
  {
    printk("init pin of group 3 ...\n");
    break;
  }
  }
  return 0;
}
static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
  //printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
  printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));
  switch(GROUP(led_rsc->pin))
  {
  case 0:
  {
    printk("set pin of group 0 ...\n");
    break;
  }
  case 1:
  {
    printk("set pin of group 1 ...\n");
    break;
  }
  case 2:
  {
    printk("set pin of group 2 ...\n");
    break;
  }
  case 3:
  {
    printk("set pin of group 3 ...\n");
    break;
  }
  }
  return 0;
}
static struct led_operations board_demo_led_opr = {
  .init = board_demo_led_init,
  .ctl  = board_demo_led_ctl,
};
struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
  return &board_demo_led_opr;
}


最后看一下测试程序以及makefile:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 on
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 off
 */
int main(int argc, char **argv)
{
  int fd;
  char status;
  /* 1. 判断参数 */
  if (argc != 3) 
  {
  printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
  return -1;
  }
  /* 2. 打开文件 */
  fd = open(argv[1], O_RDWR);
  if (fd == -1)
  {
  printf("can not open file %s\n", argv[1]);
  return -1;
  }
  /* 3. 写文件 */
  if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
  {
  status = 1;
  write(fd, &status, 1);
  }
  else
  {
  status = 0;
  write(fd, &status, 1);
  }
  close(fd);
  return 0;
}
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4
all:
  make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
  $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 
clean:
  make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
  rm -rf modules.order
  rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
100ask_led-y := leddrv.o chip_demo_gpio.o board_A_led.o
obj-m += 100ask_led.o


1.5 课后作业


使用“分离”的思想,去改造前面写的LED驱动程序:实现led_resouce,在里面可以指定要使用哪一个LED;改造led_operations,让它能支持更多GPIO。

注意:作为练习,led_operations结构体不需要写得很完善,不需要支持所有GPIO,你可以只支持若干个GPIO即可。

代码置留
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