Linux驅動開發之LED驅動

首先講下字符設備控制技術 ：

大部分驅動程序除了需要提供讀寫設備的能力外,還需要具備控制設備的能力。比如: 改變波特率。

在用戶空間，使用ioctl系統調用來控制設備，原型如下:
int ioctl(int fd,unsigned long cmd,...)
fd: 要控制的設備文件描述符
cmd: 發送給設備的控制命令
…: 第3個參數是可選的參數，存在與否是依賴於控制命令(第 2 個參數 )。

 

 

當應用程序使用ioctl系統調用時，驅動程序將由如下函數來響應：
2.6.36 之前的內核：long (*ioctl) (struct inode* node ,struct file* filp, unsigned int cmd,unsigned long arg)
2.6.36 之后的內核：long (*unlocked_ioctl) (struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
參數cmd: 通過應用函數ioctl傳遞下來的命令

 

命令從其實質而言就是一個整數, 但為了讓這個整數具備更好的可讀性，我們通常會把這個整數分為幾個段：類型（8位），序號，參數傳送方向，參數長度。
Type(類型/幻數)：表明這是屬於哪個設備的命令。
Number( )：序號 ，用來區分同一設備的不同命令
Direction：參數傳送的方向，可能的值是 _IOC_NONE(沒有數據傳輸), _IOC_READ, _IOC_WRITE（向設備寫入參數）
Size： 參數長度

 

Linux系統提供了下面的宏來幫助定義命令:
_IO(type,nr)：不帶參數的命令
_IOR(type,nr,datatype)：從設備中讀參數的命令
_IOW(type,nr,datatype)：向設備寫入參數的命令
例：
#define MEM_MAGIC ‘m’ //定義幻數
#define MEM_SET _IOW(MEM_MAGIC, 0, int)

 

unlocked_ioctl函數的實現通常是根據命令執行的一個switch語句。但是，當命令號不能匹配任何一個設備所支持的命令時，返回-EINVAL.
編程模型：
Switch cmd
Case 命令A：//執行A對應的操作
Case 命令B：//執行B對應的操作
Default：return -EINVAL

 

 

 

LED驅動程序是以內核模塊的形式存在，首先搭好框架：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

static int led_init(void)
{

    return 0;
}

static void led_exit(void)
{

}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

 

接着定義設備結構體和設備號：

設備都會用內核中的一種結構來描述。我們的字符設備在內核中使用structcdev來描述。
struct cdev {
　　　　　　　　struct kobject kobj;
　　　　　　　　struct module *owner;
　　　　　　　　const struct file_operations *ops; //設備操作集
　　　　　　　　struct list_head list;
　　　　　　　　dev_t dev; //設備號
　　　　　　　　unsigned int count; //設備數
};

struct cdev cdev;
dev_t devnum;

 

接着定義文件操作結構體：這里就實現文件打開和IO控制：

在Linux系統中，每一個打開的文件，在內核中都會關聯一個struct file，它由內核在打開文件時創建, 在文件關閉后釋放。

static struct file_operations led_fops =
{
    .open = led_open,
    .ioctl = led_ioctl,
};

 

接下來初始化設備，分配主設備號，注冊設備：

這里說一下靜態申請和動態申請：

靜態申請：開發者自己選擇一個數字作為主設備號，然后通過函數register_chrdev_region向內核申請使用。缺點：如果申請使用的設備號已經被內核中的其他驅動使用了，則申請失敗。

動態分配：使用alloc_chrdev_region由內核分配一個可用的主設備號。優點：因為內核知道哪些號已經被使用了，所以不會導致分配到已經被使用的號。 

向led_init(void)里面添加這些代碼：

static int led_init(void)
{
    cdev_init(&cdev, &led_fops);                         //初始化設備     
    
    alloc_chrdev_region(&devnum, 0, 1, "myled");         //動態分配主設備號，這里的0是我們寫的，如果設備在注冊時候會檢查，如果我們寫的不行，會重新分配    
    cdev_add(&cdev, devnum, 1);                          //注冊設備           
    return 0;
}    

 

然后再led_exit(void)這個函數里添加設備注銷的代碼，不論使用何種方法分配設備號，都應該在驅動退出時，使用unregister_chrdev_region函數釋放這些設備號。

static void led_exit(void)
{
    cdev_del(&cdev);　　　　　　　　　　　　　　//刪除這個設備
    unregister_chrdev_region(devnum, 1);　　//注銷這個設備的設備號
}

 

接下來我們實現文件操做結構體里面的兩個接口函數，就是這兩個函數

 當我們在應用程序里訪問這兩個open和ioctl時，內核就會通過這個文件操做結構體訪問led_open和led_ioctl這兩個函數。如果不知道這個函數的結構，可以去Linux下找file_operations這個關鍵詞

 

這些都是指向寫的函數（比如led_open、led_ioctl這些函數）的指針，復制過來加上名字、填寫參數（比如這樣：int led_open(struct inode *node, struct file *filp)），就可以了。

每一個存在於文件系統里面的文件都會關聯一個inode 結構，該結構主要用來記錄文件物理上的信息。因此, 它和代表打開文件的file結構是不同的。一個文件沒有被打開時不會關聯file結構，但是卻會關聯一個inode 結構。
　　　　　　

　　　　首先我們要定義出硬件led的寄存器

#define GPBCON 0x56000010
#define GPBDAT 0x56000014
unsigned int *led_config;
unsigned int *led_data;

int led_open(struct inode *node, struct file *filp)
{
    led_config = ioremap(GPBCON,4);　　　　　　　　　　　　//在linux系統下操作硬件，不能直接使用物理地址，必須轉化成虛擬地址，需要ioremap函數
    writel(0x400,led_config);　　　　　　　　　　　　　　　 //對一個寄存器賦值，用writel這個函數，l表示寫進的是一個32位的值，這里是選擇mini2440上的LED1
    
    led_data = ioremap(GPBDAT,4);
    
    return 0;
}

int led_ioctl(struct inode *node, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch(cmd)
    {
        case LED_ON:
            writel(0x00,led_data);　　　　　　//這里是點亮LED1
            return 0;
            
        case LED_OFF:
            writel(0x7ff,led_data);　　　　　//這里是熄滅LED1
            return 0;
            
        default:
            return -EINVAL;    
    }
}

 

上面代碼里的LED_ON和LED_OFF是操作者的指令（cmd），需要再次定義一個led.h的文件

#define LED_MAGIC    'L'
#define LED_ON        _IO(LED_MAGIC,0)
#define LED_OFF       _IO(LED_MAGIC,1)

 

接着加入需要的頭文件：

#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include "led.h"

 

編寫Makefile文件

obj-m := led.o
KDIR := /root/myhome/linux-2.6.32.2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//內核文件的目錄
all :
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-linux- ARCH=arm　 
clean :
    rm -f *.o *.ko *.order *.symvers

 

接着編寫led_app應用程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "led.h"

int main(int argc, char *argv[])    //帶參數的函數
{
    int fd;
    int cmd;
    
    if(argc < 2)
    {
        printf("please enter the second para!\n");
        return 0;
    }
    
    cmd = atoi(argv[1]);
    
    fd = open("/dev/myled",O_RDWR);
    if(cmd == 1)
    {
        ioctl(fd,LED_ON);
    }
    else
    {
        ioctl(fd,LED_OFF);
    }
    
    return 0;
}

編譯這個led_app的時候，一定要選取靜態編譯，不然下載開發板后運行會找不到動態鏈接庫

arm-linux-gcc -static led_app.c -o led_app

 

把編譯好的led.ko和led_app這兩個文件通過nfs傳到開發板后，顯示這樣

現狀安裝驅動insmod led.ko

然后再cat /proc/devices主設備號

主設備號是動態分配的253

這個時候再mknod /dev/myled c 253 0創建設備文件，這個文件就是led的設備文件

　　mknod　　　　創建設備文件指令

　　/dev/myled　　這是目錄

　　c　　　　　　 代表字符設備文件

　　253　　　　   主設備號

　　0　　　　　　次設備號

創建好了之后就./led_app 0，這個時候會發現燈滅了

再執行./led_app 1，燈又亮了

正如代碼里那樣，點亮第一個燈。