【嵌入式Linux学习笔记】Linux驱动开发
Linux系统构建完成后，就可以基于该环境方便地进行开发了，相关的开发流程与MCU类似，但是引入了设备树的概念，编写应用代码要相对复杂一点。但是省去了很多配置工作。
学习视频地址：【正点原子】STM32MP157开发板
字符设备驱动开发
驱动流程
在 Linux 中一切皆为文件,驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件,应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”(xxx 是具体的驱动文件名字)的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。
比如现在有个叫做/dev/led 的驱动文件,此文件是 led 灯的驱动文件。
- open 函数来打开文件/dev/led,使用完成以后使用 close 函数关闭/dev/led 这个文件。 open和 close 就是打开和关闭 led 驱动的函数
- 点亮或关闭 led,那么就使用 write 函数来操作,也就是向此驱动写入数据,这个数据就是要关闭还是要打开 led 的控制参数
- 如果要获取led 灯的状态,就用 read 函数从驱动中读取相应的状态。
内核驱动函数及变量
owner：拥有该结构体的模块的指针变量, 一般设置为 THIS_MODULE
llseek：修改文件当前的读写位置
read：读取设备文件
write：向设备文件写入数据
poll：轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写。
unlocked_ioctl：提供对于设备的控制功能,与应用程序中的 ioctl 函数对应
compat_ioctl：函数与 unlocked_ioctl 函数功能一样,区别在于在 64 位系统上,
32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl。
mmap：用于将将设备的内存映射到进程空间中(也就是用户空间),一般帧
缓冲设备会使用此函数,比如 LCD 驱动的显存,将帧缓冲(LCD 显存)映射到用户空间中以后应用程序就可以直接操作显存了,这样就不用在用户空间和内核空间之间来回复制。
open：打开设备文件
release：用于释放(关闭)设备文件,与应用程序中的 close 函数对应
fasync：用于刷新待处理的数据,用于将缓冲区中的数据刷新到磁盘中
驱动开发步骤
1. 驱动模块的加载和卸载
- 将驱动编译进Linux内核中，内核启动时就会自动运行驱动程序
- 将驱动编译为模块(Linux 下模块扩展名为.ko)，Linux内核启动后采用modprobe指令加载模块。
module_init(xxx_init); //注册模块加载函数
module_exit(xxx_exit); //注册模块卸载函数
2. 字符设备的注册与注销
字符设备的注册与注销放在模块的加载和卸载函数中。
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name)
3. 实例代码
字符设备驱动
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#define CHRDEVBASE_MAJOR 100 /* 主设备号 */
#define CHRDEVBASE_NAME "devbase" /* 设备名 */
static char readbuf[100]; /* 读缓冲区 */
static char writebuf[100]; /* 写缓冲区 */
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("devbase open! \r\n");
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue = 0;
/* 向用户空间发送数据 */
memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
if(retvalue == 0){
printk("kernel senddata ok!\r\n");
}else{
printk("kernel senddata failed!\r\n");
}
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue = 0;
/* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
if(retvalue == 0){
printk("kernel recevdata:%s\r\n", writebuf);
}else{
printk("kernel recevdata failed!\r\n");
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("devbase release! \r\n");
return 0;
}
/*
* 设备操作函数结构体
*/
static struct file_operations devbase_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = chrdevbase_open,
.read = chrdevbase_read,
.write = chrdevbase_write,
.release = chrdevbase_release,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int __init chrdevbase_init(void)
{
int retvalue = 0;
/* 注册字符设备驱动 */
retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &devbase_fops);
if(retvalue < 0){
printk("chrdevbase driver register failed\r\n");
}
printk("chrdevbase init!\r\n");
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
printk("chrdevbase exit!\r\n");
}
/*
* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数
*/
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);
/*
* LICENSE和作者信息
*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("JozenLee");
设备应用
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/* 用户数据， 用于写入设备测试 */
static char usrdata[] = {"usr data!"};
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, retvalue;
char *filename;
char readbuf[100], writebuf[100];
if(argc != 3){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开驱动文件 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("Can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
/* 从驱动文件读取数据测试 */
if(atoi(argv[2]) == 1){
retvalue = read(fd, readbuf, 50);
if(retvalue < 0){
printf("read file %s failed!\r\n", filename);
}else{
printf("read data:%s\r\n",readbuf);
}
}
/* 向设备驱动写数据测试 */
if(atoi(argv[2]) == 2){
memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
retvalue = write(fd, writebuf, 50);
if(retvalue < 0){
printf("write file %s failed!\r\n", filename);
}
}
/* 关闭设备 */
retvalue = close(fd);
if(retvalue < 0){
printf("Can't close file %s\r\n", filename);
return -1;
}
return 0;
}