linux字符设备驱动 LED驱动程序
1. 字符设备驱动简介
Linux的外设主要分为三类：字符设备(character device)、块设备(block device)、网络接口(network interface)。
字符设备是能像字节流一样读写操作的设备，也就是说对它的读写是以字节为单位。比如串口的收发数据，另外常见的点灯、按键、IIC、SPI、LCD的驱动都是字符设备。
如下图为Linux系统层级关系图，在Linux系统下开发字符设备驱动需要按照该框架编写程序。
其中，开发字符设备驱动程序只需要关注应用程序和驱动程序层。应用程序和驱动程序层连接靠内核，我们先不深究其原理。在应用程序中，用户可以调用open、read、wirte和ioctl等函数，程序会自动调用相对应的库函数，接着程序会通过系统调用方式进入内核，内核程序调用相应的驱动程序open、read、write、ioctl函数，从而驱动硬件设备。
2. 字符设备驱动开发步骤
2.1 字符设备的注册或注销
开发字符设备驱动之前，需要注册一个字符设备驱动，相反的，删除一个字符设备，需要注销，其调用的函数原型如下：
/* 函数：register_chrdev()
* 描述：注册一个字符设备
* 参数：major：主设备号
* name：设备名字，指向一串字符串
* fops：结构体file_operations类型指针，指向设备的操作函数集合变量
* 返回：
*/
static inline int register_chrdev(unsigned int major,
const char *name,
const struct file_operations *fops)
/* 函数：unregister_chrdev()
* 描述：注销一个字符设备
* 参数：major：主设备号
* name：设备名字，指向一串字符串
* 返回：
*/
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major,
const char *name)
说明：
-
主设备号：每个字符设备都有一个主设备号，通过命令：“cat /proc/devices”可以查看当前使用的设备号。
-
在字符驱动框架中，需要定义一个file_operations结构体，该结构体是字符设备的操作函数集合。
2.2 驱动模块的加载和卸载
Linux驱动有两种方式运行，一种是编译进内核，当内核运行时，会自动运行驱动；另一种是将驱动编译成模块(扩展名为：.ko)，内核启动后可以使用insmod或modprobe加载驱动模块。
在上面，通过函数register_chrdev()注册了字符设备后，我们需要告诉内核有这个字符设备，即将模块加载到内核中，利用函数module_init()。模块的卸载相反，告诉内核删除这个字符模块，利用函数module_exit()，模块的加载和卸载函数如下：
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
注册或者卸载字符模块时，函数会调用驱动入口函数xxx_init()和驱动出口函数xxx_exit()，这两个函数的原型如下：
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
/* 入口函数具体内容 */
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{
/* 出口函数具体内容 */
}
说明：
- 当执行insmod或modprobe命令时，会执行调用函数module_init(xxx_init)；当执行rmmod或modprobe -r命令时，会调用函数module_exit(xxx_exit);
- 加载模块或卸载模块会调用函数xxx_init()或函数xxx_exit()，可以在这个两个函数中分别调用注册字符设备函数register_chrdev()和删除字符设备函数unregister_chrdev()，完成字符设备的注册或注销。
3. 字符设备LED驱动开发
3.1 开发环境
开发板：JZ2440V3
Linux内核版本：2.6.22.6
编译器：arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6
3.2 开发底层驱动程序
#include 在驱动程序开发中，不能直接操作物理地址，而是用虚拟地址映射到物理地址，程序中操作虚拟地址，利用函数ioremap()完成映射；相反，解除映射关系利用函数iounmap()，函数的原型如下：
#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)
/* 函数：__arm_ioremap()
* 描述：完成虚拟地址到物理地址的映射
* 参数：phys_addr：物理地址起始地址
* size：要映射内存的空间大小
* mtype：ioremap类型 MT_DEVICE
* MT_DEVICE_NONSHARED
* MT_DEVICE_CACHED
* MT_DEVICE_WC
* 返回：虚拟地址的起始地址
*/
void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr,
size_t size,
unsigned int mtype)
{
return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype,
__builtin_return_address(0));
}
/* 函数：iounmap()
* 描述：完成虚拟地址到物理地址的映射
* 参数：addr：虚拟地址起始地址
* 返回：无
*/
void iounmap (volatile void __iomem *addr)
使用函数ioremap()将寄存器的物理地址映射到虚拟地址后，我们就可以通过指针访问虚拟地址，从而访问物理地址，建议使用如下函数：
读函数：
u8 readb(const volatile void __iomem *addr) /* 对应8bit写操作 */
u16 readw(const volatile void __iomem *addr) /* 对应16bit写操作 */
u32 readl(const volatile void __iomem *addr) /* 对应32bit写操作 */
写函数：
/* value：写入的数值
* addr：写入的地址(虚拟地址)
*/
void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)
3.3 开发应用程序
#include 3.4 编写Makeile文件
内容如下：
KERNELDIR := /home/lib/linux/systemcode/linux-2.6.22.6
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrleds.o
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
rm -rf modules.order
3.5 编译和测试
3.5.1 编译驱动模块：
make
编译完成，会生成chrleds.ko的驱动模块文件。
3.5.2 编译APP测试程序：
arm-linux-gcc chrledsApp.c -o chrledsApp
编译完成后，会生成chrledsApp应用程序。
3.5.3 挂接nfs文件系统：
mount -t nfs -o tcp,nolock 192.168.1.1:/home/lib/linux/nfs/fs_mini_mdev /mnt
启动开发板后，执行该语句，将自己的nfs系统挂接，方便测试。
3.5.4 加载模块：
将chrleds.ko和chrledsApp两个文件拷贝到挂接系统的/lib/modules/2.6.22.6 目录下，输入以下命令：
insmod chrleds.ko
驱动加载成功后，会创建"/dev/chrleds"设备节点。
3.5.5 输入如下命名测试LED灯：
./chrledsApp /dev/chrleds on /* 打开LED灯 */
或
./chrledsApp /dev/chrleds off /* 关闭LED灯 */
如果要卸载模块，输入如下命令：
rmmod chrleds.ko