Linux驅(qū)動(dòng)：封裝對(duì)底層硬件的操作，向上層應(yīng)用提供操作接口

一. 概念介紹 一般用戶在應(yīng)用程序里調(diào)用的 open, read, write 函數(shù)是 c 庫的函數(shù)， 這些函數(shù)會(huì)觸發(fā) swi val異常，從而引發(fā)系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)入到內(nèi)核空間， 內(nèi)核通過VFS（virtual Filesystem）來實(shí)現(xiàn)調(diào)用不同的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

例如：我們有一個(gè)函數(shù)，

int main()
{
    int fd1, fd2;
    int val = 1;

    fd1 = open("/dev/led", O_RDWR);
    write(fd1, &val, 4);

    fd2 = open("hello.txt", O_RDWR);
    write(fd2, &val, 4);
}

函數(shù)里相同的open、write函數(shù)，引發(fā)的不同的行為，一個(gè)是操控硬件，一個(gè)是寫文件。 簡(jiǎn)單的調(diào)用關(guān)系如下： 用戶 –> 系統(tǒng)調(diào)用 –> 驅(qū)動(dòng)程序

open –> sys.open –> led.open 
write –> sys.write –> led.write

二. 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架 實(shí)現(xiàn)步驟： 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的 led.open, led.write, led.read 操作 定義file_operations結(jié)構(gòu)體, 把驅(qū)動(dòng)函數(shù)填充到里面 把這個(gè)結(jié)構(gòu)告訴內(nèi)核， 通個(gè)注冊(cè)函數(shù) register_chrdev(major, “first_drv”, &first_drv_fops) 來實(shí)現(xiàn) 誰來調(diào)用注冊(cè)函數(shù) –>驅(qū)動(dòng)的入口函數(shù)來調(diào)用這個(gè)注冊(cè)函數(shù)， first_drv_init 修飾一下這個(gè)函數(shù)入口函數(shù)，module_init(first_drv_init)

//第一步：驅(qū)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)
static int first_drv_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("first_drv_openn");
    return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file,const char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos)
{
    printk("first_drv_writen");
    return 0;
}

//第二步：定義結(jié)構(gòu)體，并把驅(qū)動(dòng)函數(shù)填充進(jìn)去
static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,   /* 這是一個(gè)宏，推向編譯模塊時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建的__this_module變量 */
    .open  = first_drv_open,
    .write = first_drv_write,
};

//第四步：實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)，來調(diào)用注冊(cè)函數(shù)
int major;
static int first_drv_init(void)
{
    //第三步：通過使用注冊(cè)函數(shù)，把結(jié)構(gòu)體告訴內(nèi)核
    major = register_chrdev(0,"first_drv",&first_drv_fops);// 注冊(cè)，告訴內(nèi)核

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major,"first_drv");//卸載
}

//第五步：修飾入口函數(shù)，及退出函數(shù)
module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

三. 關(guān)聯(lián) [設(shè)備號(hào)] 與 [設(shè)備節(jié)點(diǎn)] 設(shè)備號(hào)要與設(shè)備結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，才能通過open(“/dev/xyz”)方便的操作。 1. 設(shè)置主設(shè)備號(hào) 驅(qū)動(dòng)程序可以自動(dòng)分配主設(shè)備號(hào)， 也可以手工指定

// 設(shè)置為 0 時(shí)是系統(tǒng)自動(dòng)分配主設(shè)備號(hào)
major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); 
// 通過 [cat /proc/devices] 看一下系統(tǒng)為我們的first_drv分配的設(shè)備號(hào)是多少

// 手動(dòng)分配 666主設(shè)備號(hào)給 first_drv
register_chrdev(666, "first_drv", &first_drv_fops); 

2. 設(shè)置設(shè)備節(jié)點(diǎn) 當(dāng)應(yīng)該程序 執(zhí)行 open(“/dev/xyz”) 操作時(shí)，這個(gè)/dev/xyz怎么來的

2.1 手動(dòng)創(chuàng)建

// 創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)
mknod /dev/xyz c（表示是字符設(shè)備） 主設(shè)備號(hào) 次設(shè)備號(hào)

//查看設(shè)備信息：
ls -l /dev/xyz

2.2 自動(dòng)創(chuàng)建
mdev – 根據(jù)系統(tǒng)信息創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)

static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device *firstdrv_class_dev;

int major;
static int first_drv_init(void)
{
    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops);

    //創(chuàng)建設(shè)備信息，執(zhí)行后會(huì)出現(xiàn) /sys/class/firstdrv
    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv"); 

    //創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)，就是根據(jù)上面的設(shè)備信息來的
    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class,
    NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "first_drv");

    //刪除節(jié)點(diǎn)及信息
    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
}

編譯測(cè)試驅(qū)動(dòng)：

驅(qū)動(dòng)程序：first_drv.c

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include 

static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device *firstdrv_class_dev;

static int first_drv_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("first_drv_openn");
    return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file,const char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos)
{
    printk("first_drv_writen");
    return 0;
}

static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,   /* 這是一個(gè)宏，推向編譯模塊時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建的__this_module變量 */
    .open  = first_drv_open,
    .write = first_drv_write,
};

int major;
static int first_drv_init(void)
{
    major = register_chrdev(0,"first_drv",&first_drv_fops);// 注冊(cè)，告訴內(nèi)核
    //printk("first_drv_initn");
    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major,"first_drv");//卸載

    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
}

module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");  

驅(qū)動(dòng)測(cè)試程序：

#include   
#include   
#include   
#include   

/* firstdrvtest on 
 * firstdrvtest off 
 */

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    int val = 1;
    fd = open("/dev/xyz",O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("can't open!n");
    }
    write(fd,&val,4);
    return 0;
}

Makefile:

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m += first_drv.o

測(cè)試步驟：

①uboot中掛載文件系統(tǒng)設(shè)置：
bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0

bootargs=noinitrd root=/dev/nfs nfsroot=192.168.2.3:/work/nfs_root/czg ip=192.168.2.5:192.168.2.3:192.168.2.1:255.255.255.0::eth0:off rootfstype=jffs2 init=/linuxrc console=ttySAC0

②將驅(qū)動(dòng)程序和驅(qū)動(dòng)測(cè)試程序編譯好，并拷貝至NFS文件夾

make
cp first_drv.ko /work/nfs_root/czg

arm-linux-gcc -o firstdrvtest firstdrvtest.c
cp firstdrvtest /work/nfs_root/czg

③加載驅(qū)動(dòng)程序，并測(cè)試

insmod first_drv.ko //卸載：rmmod 查看：lsmod
//測(cè)試
./firstdrvtest