一步一步写miscdevice的驱动模块

（本文使用的平台为友善tiny210SDKv2）

对于linux的驱动程序来说，主要分为三种：miscdevice、platform_device、platform_driver 。

 

这三个结构体关系：
(基类)
kobject --------------------
/     \                    \
/       \                     \
device     cdev                   driver
/     \ (设备驱动操作方法)           \
/       \                              \
miscdevice         platform_device       platform_driver
(设备驱动操作方法)    (设备的资源)          (设备驱动)  

 

 

这时，我们先不讨论这几个间的关系与驱别，对于新手来说，上手最重要！

 

首先我们先看看混杂项：

 

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。 

 

 

第二，我们再看看混杂项设备驱动的程序组织架构：

新建一个first_led.c,先可能用到的头文件都引用上吧！

 

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>//驱动模块必需要加的个头文件
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>.

//对应着相应机器平台的头文件
#include <mach/gpio.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>


//给自己设备驱动定义一个名字

#define DEVICE_NAME "First_led"

 

 

名字有了，但样子是怎样的呢？现在就开始定义一个“样子”！

 

如果一个字符设备驱动要驱动多个设备，那么它就不应该用

misc设备来实现。

 

通常情况下，一个字符设备都不得不在初始化的过程中进行下面的步骤： 

通过alloc_chrdev_region()分配主次设备号。

使用cdev_init()和cdev_add()来以一个字符设备注册自己。

 

而一个misc驱动，则可以只用一个调用misc_register()

来完成这所有的步骤。(所以miscdevice是一种特殊的chrdev字符设备驱动)

所有的miscdevice设备形成一个链表，对设备访问时，内核根据次设备号查找

对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations中注册的文件操作方法进行操作。

 在Linux内核中，使用struct miscdevice来表示miscdevice。这个结构体的定义为：

 

struct miscdevice  

{

int minor;

const char *name;

const struct file_operations *fops;

struct list_head list;

struct device *parent;

struct device *this_device;

const char *nodename;

mode_t mode;

};

minor是这个混杂设备的次设备号，若由系统自动配置，则可以设置为

MISC_DYNANIC_MINOR，name是设备名 

为了容易理解，我们先打大概的“样子”做好。只做minor、name、fops；

定义一个myfirst_led_dev设备：

 

 

static struct miscdevice myfirst_led_dev = {
	.minor			=	 MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name			=	 DEVICE_NAME,
	.fops				=	 &myfirst_led_dev_fops,
};

 

 

Minor  name   都已经定义好了。那么接下来实现一下myfirst_led_dev_fops方法。

内核中关于file_operations的结构体如下：

struct file_operations {

struct module *owner;

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);

ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);

int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);

int (*open) (struct inode *, struct file *);

int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);

int (*release) (struct inode *, struct file *);

int (*fsync) (struct file *, int datasync);

int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);

int (*fasync) (int, struct file *, int);

int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);

unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);

int (*check_flags)(int);

int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);

ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);

ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);

int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);

long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,

  loff_t len);

};

对于LED的操作，只需要简单实现io操作就可以了，所以只实现

 

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

（该函数是在linux2.6.5以后才出现在设备的操作方法中的。）

函数参数为文件节点、命令、参数

 

 

static struct file_operations myfirst_led_dev_fops = {
	.owner			= THIS_MODULE,
	.unlocked_ioctl	= myfirst_led_ioctl,
};

 

 

到了这里，我们就考虑一下LED的物理层面是怎样的实现了，通过开发板的引脚我们可以知道，四个LED是分别接到了GPJ2的0~3号管脚上。因此，我们定义一个数组来引用这几个管脚（当然不能像祼机那样对IO的物理地址进行操作了，是需要经过内核的内存映射得来的IO内存操作！而内核把ARM的IO管脚地址按一个线性地址进行了编排）

 

 

static int led_gpios[] = {
	S5PV210_GPJ2(0),
	S5PV210_GPJ2(1),
	S5PV210_GPJ2(2),
	S5PV210_GPJ2(3),
};
#define LED_NUM	ARRAY_SIZE(led_gpios)//判断led_gpio有多少个

 

 

S5PV210_GPJ2(*)的定义如下

#define S5PV210_GPJ2(_nr)  (S5PV210_GPIO_J2_START + (_nr))

｜

｜

｜

enum s5p_gpio_number {

S5PV210_GPIO_A0_START = 0,

...................................

S5PV210_GPIO_J2_START = S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_J1),

.....................................

}

｜

｜

｜

#define S5PV210_GPIO_NEXT(__gpio) \

((__gpio##_START) + (__gpio##_NR) + CONFIG_S3C_GPIO_SPACE + 1)

 

（注：##是粘贴运算，具体用法请自行找度娘或谷哥）

 

给用户空间的接口操作：

static long myfirst_led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd,
		unsigned long arg)
{
	switch(cmd) {
		case 0:
		case 1:
			if (arg > LED_NUM) {
				return -EINVAL;//判读用户的参数是否有误
			}

			gpio_set_value(led_gpios[arg], !cmd);//用户选定的LED并设置值
			//printk(DEVICE_NAME": %d %d\n", arg, cmd);
			break;
		default:
			return -EINVAL;
	}
	return 0;
}

 

对于gpio_set_value(unsigned int gpio, int value)，内核有以下定义：

static inline void gpio_set_value(unsigned int gpio, int value)

{

__gpio_set_value(gpio, value);

}

｜

｜

｜

void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

{

struct gpio_chip *chip;

 

chip = gpio_to_chip(gpio);

WARN_ON(chip->can_sleep);

trace_gpio_value(gpio, 0, value);

chip->set(chip, gpio - chip->base, value);

}//到这里我们就不再分析下去了 ，无非就是判定是哪一个芯片

 

程序写到这里，对于用户空间来说，已经有了完整的操作方法接口，但对于内核模块来说，还缺少驱动模块的进入与退出。以下接着写驱动模块的初始化（即进入）和退出。

 

static int __init myfirst_led_dev_init(void) {;}

static void __exit myfirst_led_dev_exit(void) {;}

函数如上。双下划线表示模块在内核启动和关闭时自动运行和退出

 

对于驱动模块的初始化函数，要写些什么呢？我们这样考虑：

对于用户空间接口来说，我们的实现函数只是给出了IO的值设置的，但是ARM的IO管脚使用还是需要配置方向、上拉下拉.....才能正常使用的，并且所有的硬件资源，都是受内核所支配的，驱动程序必需向内核申请硬件资源才能对硬件进行操作。另外还需要对设备进行注册，内核才知道你这个设备是什么东东，用到哪些东西。这些操作，我们安排在init里实现！

static int __init myfirst_led_dev_init(void) 
{
	int ret;
	int i;

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++) 
　　{
		ret = gpio_request(led_gpios[i], "LED");//申请IO引脚
		if (ret) {
				printk("%s: request GPIO %d for LED failed, ret = %d\n", DEVICE_NAME,
					led_gpios[i], ret);
				return ret;
				}
		s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);
		gpio_set_value(led_gpios[i], 1);
	}
	ret = misc_register(&myfirst_led_dev);
	printk(DEVICE_NAME"\tinitialized\n");
	return ret;
}

 

pio_request(unsigned gpio, const char *label)  

gpio则为你要申请的哪一个管脚，label为其名字 。

 

int s3c_gpio_cfgpin(unsigned int pin, unsigned int config)；

对芯片进行判断，并设置引脚的方向。

 

ret = misc_register(&myfirst_led_dev);.

该函数中、内核会自动为你的设备创建一个设备节点

对设备进行注册

到这里，设备的初始化与注册已经完成！

当用户不再需要该驱动资源时，我们必需在驱动模块中，对占用内核的资源进行主动的释放！

因此在驱动模块退出时，完成这些工作！

 

 

static void __exit myfirst_led_dev_exit(void) {
	int i;

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++) {
		gpio_free(led_gpios[i]);
	}

	misc_deregister(&myfirst_led_dev);
}

 

 

gpio_free(led_gpios[i]);

释放IO资源

misc_deregister(&myfirst_led_dev);

注销设备

还需要模块的初始化与退出函数声明

 

module_init(myfirst_led_dev_init);

module_exit(myfirst_led_dev_init);

最后，为了保持内核驱动模块的风格，我们还要加上相应的许可跟作者

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("[email protected]");

 

 

好了，程序已经打好出来了（黄色代码），我们把它整理好，试下编译一下试试效果（晚点补上效果）。