Linux驱动开发1 ——led驱动
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1 驱动中如何操控硬件
与在裸机中操控硬件对比：
相同：
(1)硬件物理原理不变
(2)硬件操作接口（寄存器）不变
(3)硬件操作代码不变
不同：
(1)寄存器地址不同。原来是直接用物理地址，现在需要用该物理地址在内核虚拟地址空间相对应的虚拟地址。寄存器的物理地址是CPU设计时决定的，从datasheet中查找到的。
(2)编程方法不同。裸机中习惯直接用函数指针操作寄存器地址，而kernel中习惯用封装好的io读写函数来操作寄存器，以实现最大程度可移植性。
2 内核的虚拟地址映射方法
2.1 为什么需要虚拟地址映射
MMU进行物理地址到虚拟地址的映射时，不会区别对待驱动与应用，要么都开要么都关，虚拟地址可以使应用认为自己占用了所有的地址空间，因此连带着驱动也使用了虚拟地址。
2.2 内核中有2套虚拟地址映射方法：动态和静态
静态映射方法的特点：
内核移植时以代码的形式硬编码，如果要更改必须改源代码后重新编译内核 在内核启动时建立静态映射表，到内核关机时销毁，中间一直有效 对于移植好的内核，你用不用他都在那里。
动态映射方法的特点：
驱动程序根据需要随时动态的建立映射、使用、销毁映射 映射是短期临时的。
2.3 如何选择虚拟地址映射方法
(1)2种映射并不排他，可以同时使用
(2)静态映射类似于C语言中全局变量，动态方式类似于C语言中malloc堆内存
(3)静态映射的好处是执行效率高，坏处是始终占用虚拟地址空间；动态映射的好处是按需使用虚拟地址空间，坏处是每次使用前后都需要代码去建立映射&销毁映射（还得学会使用那些内核函数的使用）
3 静态映射操作LED演示
3.1 驱动文件
#include // module_init module_exit
#include // __init __exit
#include
#include
#include
#include // arch/arm/mach-s5pv210/include/mach/gpio-bank.h
#include
#define MYMAJOR 200
#define MYNAME "testchar" //设备名，只是自己好认识，并不是创建的设备名
#define GPJ0CON S5PV210_GPJ0CON //并不是芯片的物理地址，而是经过映射后的虚拟地址
#define GPJ0DAT S5PV210_GPJ0DAT
#define rGPJ0CON *((volatile unsigned int *)GPJ0CON)
#define rGPJ0DAT *((volatile unsigned int *)GPJ0DAT)
int mymajor; //主设备号
char kbuf[100]; // 内核空间的buf
static int test_chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
// 这个函数中真正应该放置的是打开这个设备的硬件操作代码部分
printk(KERN_INFO "test_chrdev_open\n");
//操控硬件，亮灯
rGPJ0CON = 0x11111111;
rGPJ0DAT = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5)); // 亮
return 0;
}
static int test_chrdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(KERN_INFO "test_chrdev_release\n");
//操控硬件，亮灭
rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
return 0;
}
// 读函数的本质就是将内核中的数据传递到用户空间
ssize_t test_chrdev_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t count, loff_t *ppos)
{
int ret = -1;
printk(KERN_INFO "test_chrdev_read\n");
ret = copy_to_user(ubuf, kbuf, count);
if (ret)
{
printk(KERN_ERR "copy_to_user fail\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO "copy_to_user success..\n");
return 0;
}
// 写函数的本质就是将应用层传递过来的数据先复制到内核中，然后将之以正确的方式写入硬件完成操作。
static ssize_t test_chrdev_write(struct file *file, const char __user *ubuf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
int ret = -1;
printk(KERN_INFO "test_chrdev_write\n");
// 使用该函数将应用层传过来的ubuf中的内容拷贝到驱动空间中的一个buf中
//memcpy(kbuf, ubuf); // 不行，因为2个不在一个地址空间中
memset(kbuf, 0, sizeof(kbuf)); //内核空间清0
ret = copy_from_user(kbuf, ubuf, count);
if (ret)
{
printk(KERN_ERR "copy_from_user fail\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO "copy_from_user success..\n");
if (kbuf[0] == '1')
{
rGPJ0DAT = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5));
}
else if (kbuf[0] == '0')
{
rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
}
return 0;
}
// 自定义一个file_operations结构体变量，并且去填充
static const struct file_operations test_fops = {
.owner = THIS_MODULE, // 惯例，直接写即可
.open = test_chrdev_open, // 将来应用open打开这个设备时实际调用的
.release = test_chrdev_release, // 就是这个.open对应的函数
.write = test_chrdev_write,
.read = test_chrdev_read,
};
// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{
printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");
// 在module_init宏调用的函数中去注册字符设备驱动
// major传0进去表示要让内核帮我们自动分配一个合适的空白的没被使用的主设备号
// 内核如果成功分配就会返回分配的主设备好；如果分配失败会返回负数
mymajor = register_chrdev(0, MYNAME, &test_fops);
if (mymajor < 0)
{
printk(KERN_ERR "register_chrdev fail\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO "register_chrdev success... mymajor = %d.\n", mymajor);
return 0;
}
// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");
// 在module_exit宏调用的函数中去注销字符设备驱动
unregister_chrdev(mymajor, MYNAME);
}
module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);
// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL"); // 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston"); // 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test"); // 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx"); // 描述模块的别名信息
3.1 makefile 文件
# 开发板的linux内核的源码树目录
KERN_DIR = /root/driver/kernel
obj-m += module_test.o
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
.PHONY: clean
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean(1)执行make,生成module_test.ko 驱动文件
(2) 装载驱动，insmod module_test.ko
(2)使用mknod创建设备文件：mknod /dev/test c 主设备号 次设备号
3.3 应用文件
#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE "/dev/test" //mknod创建的设备文件名
char buf[100];
int main(void)
{
int fd = -1;
int i = 0;
fd = open(FILE, O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("open %s error.\n", FILE);
return -1;
}
printf("open %s success..\n", FILE);
while (1)
{
memset(buf, 0 , sizeof(buf));
printf("请输入 on | off \n");
scanf("%s", buf);
if (!strcmp(buf, "on"))
{
write(fd, "1", 1);
}
else if (!strcmp(buf, "off"))
{
write(fd, "0", 1);
}
else if (!strcmp(buf, "flash"))
{
for (i=0; i<3; i++)
{
write(fd, "1", 1);
sleep(1);
write(fd, "0", 1);
sleep(1);
}
}
else if (!strcmp(buf, "quit"))
{
break;
}
}
// 关闭文件
close(fd);
return 0;
} (1)编译应用文件， arm-linux-gcc app.c -o app
(2) 执行./app 应用文件
4 动态映射操作LED演示
4.1 如何建立动态映射
(1)request_mem_region，向内核申请（报告）需要映射的内存资源。
(2)ioremap，真正用来实现映射，传给他物理地址他给你映射返回一个虚拟地址
4.2 如何销毁动态映射
(1)iounmap
(2)release_mem_region
注意：映射建立时，是要先申请再映射；然后使用；使用完要解除映射时要先解除映射再释放申请。
4.3 动态映射代码演示
#include // module_init module_exit
#include // __init __exit
#include
#include
#include
#include // arch/arm/mach-s5pv210/include/mach/gpio-bank.h
#include
#include
#include
#define MYMAJOR 200
#define MYNAME "testchar" //设备名，只是自己好认识，并不是创建的设备名
#define GPJ0CON_PA 0xe0200240 //datasheet 上面的真正的物理地址
#define GPJ0DAT_PA 0xe0200244
unsigned int *pGPJ0CON;
unsigned int *pGPJ0DAT;
int mymajor;
char kbuf[100]; // 内核空间的buf
static int test_chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
// 这个函数中真正应该放置的是打开这个设备的硬件操作代码部分
printk(KERN_INFO "test_chrdev_open\n");
return 0;
}
static int test_chrdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(KERN_INFO "test_chrdev_release\n");
return 0;
}
// 自定义一个file_operations结构体变量，并且去填充
static const struct file_operations test_fops = {
.owner = THIS_MODULE, // 惯例，直接写即可
.open = test_chrdev_open, // 将来应用open打开这个设备时实际调用的
.release = test_chrdev_release, // 就是这个.open对应的函数
};
// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{
printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");
// 在module_init宏调用的函数中去注册字符设备驱动
// major传0进去表示要让内核帮我们自动分配一个合适的空白的没被使用的主设备号
// 内核如果成功分配就会返回分配的主设备好；如果分配失败会返回负数
mymajor = register_chrdev(0, MYNAME, &test_fops);
if (mymajor < 0)
{
printk(KERN_ERR "register_chrdev fail\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO "register_chrdev success... mymajor = %d.\n", mymajor);
// 使用动态映射的方式来操作寄存器
if (!request_mem_region(GPJ0CON_PA, 4, "GPJ0CON"))
return -EINVAL;
if (!request_mem_region(GPJ0DAT_PA, 4, "GPJ0CON"))
return -EINVAL;
pGPJ0CON = ioremap(GPJ0CON_PA, 4);
pGPJ0DAT = ioremap(GPJ0DAT_PA, 4);
*pGPJ0CON = 0x11111111;
*pGPJ0DAT = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5)); // 亮
return 0;
}
// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");
*pGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
// 解除映射
iounmap(pGPJ0CON);
iounmap(pGPJ0DAT);
release_mem_region(GPJ0CON_PA, 4);
release_mem_region(GPJ0DAT_PA, 4);
// 在module_exit宏调用的函数中去注销字符设备驱动
unregister_chrdev(mymajor, MYNAME);
}
module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);
// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL"); // 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston"); // 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test"); // 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx"); // 描述模块的别名信息