嵌入式内核及驱动开发之学习笔记（二） 实现应用控制驱动

Linux系统根据驱动程序实现的模型框架将设备驱动分成字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动三大类。这里简单理解一下概念

• 字符设备：设备按字节流处理数据，通常用的串口设备、键盘设备都是这种。
• 块设备：设备按块单位对数据处理，通常是存储设备。
• 网络设备：顾名思义，建立在socket接口上的设备。

 

字符设备驱动框架

    作为字符设备驱动要素：
        1，必须有一个设备号，用在众多到设备驱动中进行区分
        2，用户必须知道设备驱动对应到设备节点(设备文件)
        3，对设备操作其实就是对文件操作，应用空间操作open，read，write的时候，实际在驱动代码有对应到open， read，write

 

linux把所有到设备都看成文件，用户对字符设备进行操作实际上就是对驱动进行操作，实际上就是操作对应的设备文件！

而设备号是内核层区别设备的一个标识，我们通过驱动代码程序实现下面 应用程序到设备驱动的控制过程。

     应用层程序 -->  设备结点  -->  设备号  -->  设备驱动  -->  硬件 

 

实现一简易的框架。首先是驱动程序的实现

当用户装载完驱动模块，程序会执行 chr_drv_init 这个回调函数，向系统申请一个主设备号（表示程序为哪一类设备服务），创建设备结点（产生/dev/chr2，linux系统能识别这个设备文件）；当用户卸载驱动模块后，程序执行 chr_drv_exit 这个回调函数，将之前申请的设备结点和设备号回收。

结构体类型 file_operations 定义了很多对应用层的接口，这些成员变量都是函数指针。我们将这些指针指向自己定义的函数入口。再去实现我们的函数功能。

//chr_drv.c
#include 
#include 
#include 
#include 



static unsigned int dev_major = 250;
static struct class *devcls;
static struct device *dev;

ssize_t chr_drv_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos);
ssize_t chr_drv_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos);
int chr_drv_open(struct inode *inode, struct file *filp);
int chr_drv_close(struct inode *inode, struct file *filp);




const struct file_operations my_fops = {
	.open = chr_drv_open,
	.read = chr_drv_read,
	.write = chr_drv_write,
	.release = chr_drv_close,

};




static int __init chr_drv_init(void)
{

	printk("-------%s-------------\n", __FUNCTION__);
	
	//向系统申请设备号
	int ret;
	ret = register_chrdev(dev_major, "chr_dev_test", &my_fops);
	if(ret == 0){
		printk("register ok\n");
	}else{
		printk("register failed\n");
		return -EINVAL;
	}

	//创建设备结点
	devcls = class_create(THIS_MODULE, "chr_cls");
	dev = device_create(devcls, NULL, MKDEV(dev_major, 0), NULL, "chr2");

	return 0;
}

static void __exit chr_drv_exit(void)
{
	printk("-------%s-------------\n", __FUNCTION__);

	//销毁这个设备结点
	device_destroy(devcls,  MKDEV(dev_major, 0));
	class_destroy(devcls);

	
	//释放这个设备号
	unregister_chrdev(dev_major, "chr_dev_test");
}


module_init(chr_drv_init);
module_exit(chr_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");




//  read(fd, buf, size);
ssize_t chr_drv_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	
	return 0;

}
ssize_t chr_drv_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	
	return 0;
	
}
int chr_drv_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	return 0;

}


int chr_drv_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	return 0;

}

 

应用程序用来测试驱动程序的这些接口函数，实现对驱动的控制。

这里open函数定位到驱动程序的chr_drv_open函数，read函数定位到驱动程序的chr_drv_read函数（参考驱动程序中my_fops结构体的初始化）。就像文件IO函数那样使用，只不过我们驱动程序里对应的函数没有具体的实现，能看到一些打印信息。

//chr_test.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;
	int value = 0;

	//打开设备结点
	fd = open("/dev/chr2", O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(1);
	}
	//读操作
	read(fd, &value, 4);


	while(1)
	{
		//写操作
		value = 0;
		write(fd, &value, 4);
		sleep(1);
		
		//写操作
		value = 1;
		write(fd, &value, 4);
		sleep(1);
		
	}


	close(fd);

	return 0;

}

 

 

Makefile文件负责整个工程的编译与管理

相比于之前，要多编译了chr_test.c这个文件,APP_NAME 指定目标文件名，CROSS_COMPILE 指定交叉编译工具链。下面还要修改添加一下编译规则

ROOTFS_DIR = /nfs/rootfs

APP_NAME = chr_test

CROSS_COMPILE = /home/linux/soft/gcc-4.6.4/bin/arm-none-linux-gnueabi-
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc

ifeq ($(KERNELRELEASE), )

KERNEL_DIR = /mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412
CUR_DIR = $(shell pwd)

all :
	make -C  $(KERNEL_DIR) M=$(CUR_DIR) modules
	$(CC) $(APP_NAME).c  -o $(APP_NAME)
	
clean :
	make -C  $(KERNEL_DIR) M=$(CUR_DIR) clean
	
install:
	cp -raf *.ko $(APP_NAME)  $(ROOTFS_DIR)/drv_module


else

obj-m += chr_drv.o


endif

 

查看实验结果

编译并移动文件到nfs根目录

root@linux:/mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412/drivers/mydrivers/chr_drv# make
root@linux:/mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412/drivers/mydrivers/chr_drv# make install

 

开发板加载模块，执行应用程序

 

[root@farsight drv_module]# ls
chr_drv.ko   chr_test     chr_test.ko  hello.ko     math.ko
[root@farsight drv_module]# insmod chr_drv.ko
[ 3036.170000] -------chr_drv_init-------------
[ 3036.175000] register ok
[root@farsight drv_module]# ./chr_test
[ 3041.255000] -------chr_drv_open-------
[ 3041.255000] -------chr_drv_read-------
[ 3041.260000] -------chr_drv_write-------
[ 3042.265000] -------chr_drv_write-------
[ 3043.265000] -------chr_drv_write-------