Linux驅動程序編寫&&應用程序對她的調用

原文： https://blog.csdn.net/u013000434/article/details/17270227

 

    Linux驅動程序的開發，我相信這是很多致力於嵌入式學習的騷年的終極夢想，不管是技術含量，還是薪金待遇，她都一一完美的體現了出來！當然，crk_13也一樣！不過，越是誘人的東西往往也越是可望而不可即，或許大家都對驅動開發的難度之大，要求之高有所耳聞！以我個人的經歷來看，編寫驅動程序確實需要你對Linux的整個體系有一個全面的認識（包括系統編程、文件操作、硬件結構），不過，要想入個門、了解驅動程序開發的大致步驟，卻也沒有傳說中的那么困難！

        首先，我們以一個最簡單的驅動程序——永遠不變的hello_world為例，了解一下linux驅動程序編寫的一般步驟與規則。

        先簡單的介紹下Linux驅動程序的基本結構：必須包含一下兩個宏

        module_init(init_func);

        module_exit(exit_func);

        並實現init_func()、exit_func()函數，在模塊被加載和移除的時候會分別被調用

        一個簡單的hello_world驅動：

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

static int __init hello_init()
{
    printk("Hello, world!\n");
    return 0;
}

static void __exit hello_exit()
{
    printk("Goodbye, cruel world!\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

        這就是一個最簡單的驅動程序，編譯之后，我們可以把生成的hello.ko文件拷到開發板上，分別執行如下命令：

        insmod hello.ko       #加載模塊，會調用hello_init()#

        rmmod hello       #移除模塊，會調用hello_exit()#

 

        下面，我將以一個S5PV210的led驅動程序為例，一步一步叫大家編寫一個屬於自己的驅動程序，並學會使用它：

        目的：將開發板上的led燈（以一個燈為例，其他的一樣）作為一個設備，為其編寫驅動程序，並調用！

        准備工作：①、硬件結構：led1(GPJ0_3)②、內核：kernel，可以在www.kernel.org下載

        一、編譯好我們自己的內核

                以我自己的kernel.tar.gz為例:

                ①、tar -xvzf kernel.tar.gz        #將內核源碼解壓到當前目錄#

                ②、cd ./kernel        #解壓完后，進入kernel根目錄#

                ③、cp ./arch/arm/configs/XXX_deconfig.config  .config        #從arch/arm/configs/目錄下拷貝一個配置文件到kernel根目錄，重命名為.config#

                ④、make zImage       #編譯生成內核鏡像文件(大約20分鍾左右)#

                OK，一切順利的話，我們就得到了一個我們自己編譯好的內核zImage

        二、有了內核之后，我們就可以開始寫我們的驅動程序了（如果上一步沒有成功，並不是說我們不能寫代碼，只是我們的驅動程序是為內核服務的，我們必須為她指定一個內核，他才能編譯過去）

                ①、首先我們需要為設備（也就是我們的led燈）分配設備號（包括這設備號、從設備號），我們一般采用動態分配法：

                        dev_t  led_device_num;

                        alloc_chrdev_region(&led_device_num, 0, 1, "led_dev");        #動態分配設備號#

                ②、有了設備號之后，我們就可以找到相應的設備，並對這個設備進行我們想要的操作了！永遠不要忘記：在Linux的眼中，一切都是文件！對於文件來說，最常用的操作不外乎：open，read，write，seek，close等！因此，我們也應該提供類似的函數對設備進行操作，供應用程序使用，而不應該自己隨便寫個函數實現功能！

                在./include/linux/fs.h文件中定義了一個結構體——file_operations，這是一個非常重要的結構體，我們編寫驅動程序的時候，無非是對這個結構體中定義的一些函數的實現。如：

                        static struct file_operations led_dev_fops =
                        {
                                .read = led_dev_read,
                                .write = led_dev_write,
                                .open = led_dev_open,
                                .owner = THIS_MODULE
                        };

                led_dev_read，led_dev_write，led_dev_open分別是對read，write，open函數指針的的初始化，以后，當應用程序對led設備（我們現在編寫的）進行open、read、write操作時，就會分別調用“=”后面的函數，當然，我們會在后面實現這幾個函數。

                可是，我們只是定義了一個結構體變量、並進行了初始化啊，設備怎么知道呢，內核又怎么把系統的函數與我們自己實現的函數聯系起來呢？所以，我們還應該把這種函數對應關系告訴我們的設備：

                        static struct cdev led_dev;        #定義一個字符型設備變量#

                        cdev_init (&led_dev, &led_dev_fops);        #初始化該字符設備，主要是對函數指針的初始化#

                ③、字符設備最終是由內核調用的，前面的工作都還只是閉門造車，現在車造好了，該上路了，是不是需要得到交通部門的許可呢？同樣，我們應該告訴內核，我們需要注冊這樣一個設備：

                        cdev_add (&led_dev, led_dev_num, 1);        #注冊該設備#

                ④、完成上述步驟后，我們的初始化工作（即：獲取設備號、注冊設備）已經做好，接着我們就要編寫我們自己的文件操作函數了，即：led_dev_open、led_dev_read、led_dev_write。

                ⑤、后續處理。做好這些之后，我們需要在卸載模塊時，釋放我們申請的設備號、並卸載該設備：

                        cdev_del (&led_dev);       #卸載設備#
                        unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1);       #釋放設備號#

附上一段我自己編寫的代碼：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include <linux/io.h>
#include <linux/gpio.h>

#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>

static dev_t led_dev_num;
static struct cdev led_dev;
static int copen(struct inode *node, struct file *filep)
{
    printk ("led_dev is open!\n");
    gpio_set_value(S5PV210_GPJ0(3), 0);    //gpj0_3輸出低電平，led1亮
    return 0;
}

static ssize_t cread (struct file *filep, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    gpio_set_value(S5PV210_GPJ0(3), 1);    //gpj0_3輸出高電平，led1滅
    printk ("led_dev is read!\n");
    return 0;
}

static ssize_t cwrite (struct file *filep, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    printk ("led_dev is write!\n");
    return 0;
}

static struct file_operations led_dev_fops =
{
    .read  = cread,
    .write = cwrite,
    .open  = copen,
    .owner = THIS_MODULE
};

static int __init led_dev_init (void)
{
    int res;
    res = alloc_chrdev_region(&led_dev_num, 0, 1, "led_dev");    //動態分配設備號
    if (res < 0)
        return res;

    cdev_init (&led_dev, &led_dev_fops);    //設備初始化
    cdev_add (&led_dev, led_dev_num, 1);    //添加設備

    s3c_gpio_cfgpin (S5PV210_GPJ0(3), S3C_GPIO_OUTPUT);    //將gpj0_3端口配置為輸出模式

    printk ("led_dev is init\n");
    return 0;
}

static void __exit led_dev_exit (void)
{
    cdev_del (&led_dev);    //卸載設配
    unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1);    //注銷設備號
    printk ("led_dev is exit\n");
}

module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");    //許可證，注意最好是遵循gpl協議，否則，在板子上加載模塊的時候，可能會不成功！
MODULE_AUTHOR("crk_13");
MODULE_DESCRIPTION("This is my first driver");
MODULE_SUPPORTED_DEVICE("none");

         三、編譯。程序編寫好之后，我們需要編譯led_dev.c，我這里提供一個Makefile文件，做一點小小的改動，然后make就行了！ 

# Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging
#DEBUG = y

# Add your debugging flag (or not) to CFLAGS
ifeq ($(DEBUG),y)
  DEBFLAGS = -O -g # "-O" is needed to expand inlines
else
  DEBFLAGS = -O2
endif

#CFLAGS += $(DEBFLAGS) -I$(LDDINCDIR)

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
# call from kernel build system
# <span style="color:#000000;">把obj-m后面的目標文件名改成你自己的源文件名</span>
obj-m   := led_dev.o

else
# <span style="color:#000000;">把路徑改成你的內核的根目錄路徑</span>
KERNELDIR ?= /home/yw/kernel
PWD       := $(shell pwd)

default:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) LDDINCDIR=$(PWD)/../include modules

endif



clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

depend .depend dep:
    $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend


ifeq (.depend,$(wildcard .depend))
include .depend
endif

        編譯完成之后，可以看到，在當前目錄下會生成一個led_dev.ko文件，我們可以在開發板上通過nfs掛載到宿主機，然后執行下面的一系列操作：
                ①、insmod led_dev.ko        #加載模塊#
                ②、cat /proc/devices        #查看設備led_dev的主設備號（因為是動態分配的，一開始我們並不知道）#
                ③、mknod /dev/led_dev c 250 0        #創建設備節點，設備名可以隨便起，比一定要是led_dev#
                ④、ls /dev/led_dev -l        #可以查看是否存在我們創建的節點，及主、從設備號#
                ⑤、cat /dev/led_dev        #執行該命令，相當於同時執行了open、read操作#
                ⑥、rmmod led_dev        #移除設備，在編寫了應用程序調用的實驗時，先不要執行這一步，在做完后面的執行應用程序之后，再移除，否則，又要返回①重做一遍！#

 

        四、應用程序的編寫        其實應用程序相對來說格式比較靈活，無非就是想操作普通文件一樣調用open，read。。。不多說了，看看代碼吧！

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char* argv[])    //執行的時候輸入./main /dev/led_dev 10說明打開的是/dev/led_dev設備，10用於后面的延時10s
{
    char buf[20];
    int fd = open (argv[1], O_RDWR);    //調用led_dev_open函數，led1亮

    sleep(atoi(argv[2]));    //延時10s
    read (fd, buf, sizeof(buf));    //調用led_dev_read函數，led1滅

    close(fd);
    return 0;
}

        應用程序編寫完成，開始編譯，並執行：
        ①、arm-linux-gcc main.c -o main       #編譯main.c，重命名為main，當然，為了方便，你完全可以寫個Makefile#
        ②、./main /dev/led_dev 10        #執行main，打開/dev/led_dev設備，延時10s#
        可以看到現象：led1先亮10s，然后熄滅！我們的led驅動就做好啦！哈哈，當然，這只是一個模板，談不上規范和實用，你完全可以把她改的更好哦！