1. LED驱动程序框架
注意：如果做实验安装驱动时提示version magic不匹配，请看本文档最后的“常见问题”。
1.1 回顾字符设备驱动程序框架
1.确定主设备号
2.定义自己的file_operations结构体
3.实现对应的drv_open/drv_read/drv_write等函数，填入file_operations结构体
4.把file_operations结构体告诉内核：register_chrdev
5.谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数，安装驱动程序时，就会调用这个入口函数。
6.有入口函数就应该有出口函数，出口函数调用unregister_chrdev
7.其他完善：提供设备信息，自动创建设备结点：class_create,device_create
1.2 对于LED驱动，我们想要什么样的接口？
1.3 LED驱动要怎么写，才能支持多个板子？分层。
把驱动拆分为通用的框架(leddrv.c)、具体的硬件操作(board_X.c)：
以面向对象的思想，改进代码： 抽象出一个结构体：
每个单板相关的board_X.c实现自己的led_operations结构体，供上层的leddrv.c调用：
1.4 写代码
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\01_led_drv_template
1.4.1 驱动程序
驱动程序分为上下两层：leddrv.c、board_demo.c。
leddrv.c负责注册file_operations结构体，它的open/write成员会调用board_demo.c中提供的硬件led_opr中的对应函数。
1.4.1.1 把LED的操作抽象出一个led_operations结构体
首先看看led_opr.h，它定义了一个led_operations结构体，把LED的操作抽象为这个结构体：
01 #ifndef _LED_OPR_H 02 #define _LED_OPR_H 03 04 struct led_operations { 05 int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */ 06 int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */ 07 }; 08 09 struct led_operations *get_board_led_opr(void); 10 11 12 #endif 13
看到上面定义的头文件，可以立马把对应的board_demo.c的框架给写出来，内部的具体功能根据情况再自己定义，头文件部分依旧是两个原则，一个是根据linux内核代码中别人类似的驱动程序去编写头文件，还有一种就是根据其中对应的函数，打开虚拟机中的系统，利用open命令去参考手册。代码如下：
//裸机部分的硬件操作 #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" 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); //return 0; //使能啊等等 } 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"); //return 0; //输出信号啊 } 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; }//指针那块不是很了解，要去了解一下。
1.4.1.2 驱动程序的上层：file_operations结构体
上层是leddrv.c，它的核心是file_operations结构体，入口函数代码如下：
80 /* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */ 81 /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ 82 static int __init led_init(void)//入口函数 83 { 84 int err;// 85 int i; 86 87 printk(“%s %s line %d\n”, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 88 major = register_chrdev(0, “100ask_led”, &led_drv); /* /dev/led *///注册驱动函数 89 90 91 led_class = class_create(THIS_MODULE, “100ask_led_class”);//创建类 92 err = PTR_ERR(led_class);//如果led_class出现错误，返回错误码 93 if (IS_ERR(led_class)) {//如果出现错误，比如内存地址空间不够 94 printk(“%s %s line %d\n”, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);//打印相关的内核信息 95 unregister_chrdev(major, “100ask_led”);//卸载驱动 96 return -1;//返回-1 97 } 98 99 for (i = 0; i < LED_NUM; i++)//一切没有问题，注册设备驱动，会得到设备驱动的次设备号 100 device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, “100ask_led%d”, i); /* /dev/100ask_led0,1,… */ 101 102 p_led_opr = get_board_led_opr();//这地方是上下层的接口处，上层驱动调用下层板级驱动 103 104 return 0; 105 }
第88行向内核注册一个file_operations结构体。
第102行从底层硬件相关的代码board_demo.c中获得led_operaions结构体。
再来看看leddrv.c中file_operations结构体的成员函数：
37 /* write(fd, &val, 1); */ 38 static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) 39 { 40 int err; 41 char status; 42 struct inode *inode = file_inode(file);//回头解决 43 int minor = iminor(inode);//回头解决，大致上得到一个LED 44 45 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 46 err = copy_from_user(&status, buf, 1); 47 48 /* 根据次设备号和status控制LED */ 49 p_led_opr->ctl(minor, status); 50 51 return 1; 52 } 53 54 static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file) 55 { 56 int minor = iminor(node); 57 58 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 59 /* 根据次设备号初始化LED */ 60 p_led_opr->init(minor); 61 62 return 0; 63 } 64 65 static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file) 66 { 67 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 68 return 0; 69 } 70 71 /* 2. 定义自己的file_operations结构体 */ 72 static struct file_operations led_drv = { 73 .owner = THIS_MODULE, 74 .open = led_drv_open, 75 .read = led_drv_read, 76 .write = led_drv_write, 77 .release = led_drv_close, 78 };
第49行、第60行，会调用led_operations结构体中对应的函数。
整体代码如下：
#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"//包含当前文件的头文件 #define LED_NUM 2 /* 1. 确定主设备号 */ static int major = 0; static struct class *led_class; struct led_operations *p_led_opr; //定义一个指针，指向单板自己所需要的硬件操作。裸机部分的操控。 #define MIN(a, b) (a < b ? a : b) /* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */ static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); return 0; } /* write(fd, &val, 1); */ static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) { int err; char status; struct inode *inode = file_inode(file); int minor = iminor(inode); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); err = copy_from_user(&status, buf, 1); /* 根据次设备号和status控制LED */ p_led_opr->ctl(minor, status); return 1; } static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file) { int minor = iminor(node); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); /* 根据次设备号初始化LED */ p_led_opr->init(minor); return 0; } static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); return 0; } /* 2. 定义自己的file_operations结构体 */ static struct file_operations led_drv = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_drv_open, .read = led_drv_read, .write = led_drv_write, .release = led_drv_close, }; /* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */ /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ static int __init led_init(void) { int err; int i; printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);//打印内核信息 major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led *///注册内核设备名字就是100ask_led led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");//创建类 err = PTR_ERR(led_class); if (IS_ERR(led_class)) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); unregister_chrdev(major, "100ask_led"); return -1; } for (i = 0; i < LED_NUM; i++) device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */ p_led_opr = get_board_led_opr(); return 0; } /* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数 */ static void __exit led_exit(void) { int i; printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); for (i = 0; i < LED_NUM; i++) device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */ device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0)); class_destroy(led_class); unregister_chrdev(major, "100ask_led"); } /* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */ module_init(led_init); module_exit(led_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
1.4.2 测试程序
测试程序为ledtest.c：
01 02 #include <sys/types.h> 03 #include <sys/stat.h> 04 #include <fcntl.h> 05 #include <unistd.h> 06 #include <stdio.h> 07 #include <string.h> 08 09 /* 10 * ./ledtest /dev/100ask_led0 on 11 * ./ledtest /dev/100ask_led0 off 12 */ 13 int main(int argc, char **argv) 14 { 15 int fd; 16 char status; 17 18 /* 1. 判断参数 */ 19 if (argc != 3) 20 { 21 printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]); 22 return -1; 23 } 24 25 /* 2. 打开文件 */ 26 fd = open(argv[1], O_RDWR); 27 if (fd == -1) 28 { 29 printf("can not open file %s\n", argv[1]); 30 return -1; 31 } 32 33 /* 3. 写文件 */ 34 if (0 == strcmp(argv[2], "on")) 35 { 36 status = 1; 37 write(fd, &status, 1); 38 } 39 else 40 { 41 status = 0; 42 write(fd, &status, 1); 43 } 44 45 close(fd); 46 47 return 0; 48 } 49
第26行打开设备节点。 如果用户想点亮LED，第37行会把值“1”通过write函数写入驱动程序。
如果用户想熄灭LED，第42行会把值“0”通过write函数写入驱动程序。
1.4.3 上机测试
这只是一个示例程序，还没有真正操作硬件。测试程序操作驱动程序时，只会导致驱动程序中打印信息。
首先设置交叉工具链，修改驱动Makefile中内核的源码路径，编译驱动和测试程序。
启动开发板后，通过NFS访问编译好驱动程序、测试程序，就可以在开发板上如下操作了：
makefile如下：
# 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 board_demo.o obj-m += 100ask_led.o
# insmod 100ask_led.ko // 装载驱动程序 [13449.134044] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_init line 87 # ls /dev/100ask_led* -l // 可以得到2个设备节点 crw------- 1 root root 235, 0 Jan 18 12:34 /dev/100ask_led0 crw------- 1 root root 235, 1 Jan 18 12:34 /dev/100ask_led1 # ./ledtest /dev/100ask_led0 on // 点亮LED [13463.176987] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open line 58 [13463.197877] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_init line 22, led 0 [13463.216232] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write line 45 [13463.232889] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_ctl line 28, led 0, on // 可以看到这句“on”打印 [13463.247977] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close line 67 # ./ledtest /dev/100ask_led0 off // 熄灭LED [13464.540637] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_open line 58 [13464.554380] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_init line 22, led 0 [13464.569671] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_write line 45 [13464.580615] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/board_demo.c board_demo_led_ctl line 28, led 0, off // 可以看到这句“off”打印 [13464.593397] /home/book/source/02_led_drv/01_led_drv_template/leddrv.c led_drv_close line 67
1.5 课后作业
实现读LED状态的功能：涉及APP和驱动。
留给以后写：
代码留置区
