一、回顾字符设备驱动程序框架
驱动层访问硬件外设寄存器依靠的是 ioremap 函数去映射到寄存器地址，然后开始控制寄存器。
（1）确定主设备号，也可以让内核分配；
（2）定义自己的 file_operations 结构体，这是核心；
（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：通过 register_chrdev 函数；
（5）谁来注册驱动程序？需要一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个 入口函数；
（6）有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序是，出口函数调用 unregister_chrdev;
（7）其它完善：提供设备信息，自动创建设备节点： class_create,device_create
二、LED驱动程序
2.1 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？
2.2 LED 驱动能支持多个板子的基础：分层思想
（1）把驱动拆分为通用的框架(leddrv.c)、具体的硬件操作(board_X.c)：
（2）以面向对象的思想，改进代码，抽象出一个结构体：
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 */ };
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：
三、代码分析
在hello驱动程序的基础上进行增添优化修改
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。
3.1 leddrv.c
#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" #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; #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__); major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led */ led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class"); 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");
上层是 leddrv.c，它的核心是 file_operations 结构体
第20行：LED灯的个数
第37~78行：file_operations 结构体的成员函数
第 49 行、第 60 行，会调用 led_operations 结构体中对应的函数。
/* 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, };
第80~105行：驱动程序的上层：file_operations 结构体
第 88 行向内核注册一个 file_operations 结构体。
第99~100行：创建多个次设备号
第 102 行从底层硬件相关的代码 board_demo.c 中获得 led_operaions 结构体。 、
/* 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__); major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led */ led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class"); 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; }
第37~52行：led_drv_write
第41行：监测当前状态
第42行：获得次设备号，inode从file中获取
第46行：将buf中的数据拷贝1个字节到status中
第49行：根据次设备号和status控制LED
第54~63行：led_drv_open
第56行：获得次设备号，inode从node中获取
第60行：根据次设备号初始化LED
第82~105行：led_init
第102行：入口函数中获得结构体指针
3.2 led_opr.h
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：
#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
3.3 board_demo.c
#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; } 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; } 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; }
3.4 Makefile
# 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
3.5 ledtest.c
#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; }
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。
四、上机测试
4.1编译
编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。
cp 100ask_led.ko ledtest ~/nfs_rootfs/
4.2 挂载到开发板
在开发板上挂载 NFS
4.3 测试
最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：
[root@100ask:~]# insmod /mnt/led_drv.ko //安装驱动 [root@100ask:~]# lsmod //查询驱动 [root@100ask:~]# rmmod /mnt/led_drv.ko //卸载驱动 [root@100ask:~]# ls / /dev/100ask_led* -l //查询设备 [root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 on // 点灯 [root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 off // 关灯 [root@100ask:~]# demsg //查看内核信息
