4412开发板Linux系统编程实战-字符设备控制

在 linux 驱动中字符驱动是必须掌握的，本章主要介绍字符设备应用的程序，无论是学习了后面的知识自己写的字符驱动，还是已有的字符驱动，都需要能够写一些简单的应用程序。

即使从事 linux 驱动的工作，linux 驱动写出来之后，也需要由驱动程序员编写简单的应用进行测试的。

另外，关于驱动部分，迅为电子有专门的驱动实验教程提供给大家学习，大家有了这些基础之后再去学习底层的知识就会很容易了。

在使用手册的第八章，大家可以看到这些 c 程序也是可以在 Android 下面运行的，只不过没有图形界面。

硬件工具

4412开发板PC 机；U 盘或者 TF 卡

软件工具

Ubuntu12.04.2 以及虚拟机；Arm-2009q3 编译器 ；Notepad++编辑器 ；超级终端 ；Vim 编辑器 ；最小 linux 系统

 预备课程

基本开发工具的使用 ；常用 linux 命令 ；最小 linux 系统 ；文件 IO

视频资源

本章配套视频为：

“视频 06_01 字符设备控制之 main 函数传参数”

“视频 06_02 字符设备控制之 led 灯”

“视频 06_03 字符设备控制之 buzzer 蜂鸣器”

“视频 06_04 字符设备控制之 ADC 模数转换”

学习目标

熟练掌握 main 函数的用法

掌握字符设备 led 灯、buzzer 蜂鸣器、ADC 模数转换

1入口 main 函数的参数

在和用户交流的过程中，虽然所有人都学习过 C 语言，但是对 C 语言中的 main 函数的用 法并不是很清楚。 由于后面的实验需要用到这部分知识，这里就占用一个小节，先简单介绍一下 main 函数。

1.1 main 函数简介

main 函数作为应用程序的入口，在头文件“#include ”中。

main 函数需要传参数的时候完整的定义为

int main(int argc,char **argv)

参数 argc，表示参数的个数

参数**argv，存储输入字符的数组

argv[0]表示程序名称

argv[1]——argv[n]输入的参数

不传参数的时候定义为

int main(void)

函数 main 的返回值为类型为 int，用于判断程序执行成功还是失败

1.2main 函数例程

编写简单的 argvc.c 文件测试 main 函数。

 

 

 

 

 

 

如上图所示，将输入的参数第一个和第二个转换成 int 类型，赋值给 i 和 j，最后输出打印。 其中 argv[0]为程序名称，这里就是后面要编译的目标文件“argvc”。

1.3 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下，如下图所示，进入前面实验创建的目录“/home/linuxsystemcode/”，

使用命令“mkdir charcontrol”新建 charcontrol 文件夹，将源码 argvc.c 拷贝进去，进入新 建的文件夹 charcontrol，如下图所示。

 

 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o argvc argvc.c -static”编译 argvc 文件， 如下图所示，使用命令“ls”可以看到生成了 argvc 可执行文件。

 

 

 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法，也可以编译进文件系统，具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 argvc，拷贝到 U 盘，启动开发板，插入 U 盘，加载 U 盘，运行程 序如下。

 

 

 

 

 

如上图所示，程序成功运行，打印：

the Program name is ./mnt/udisk/argvc。因为运行的程序就是“./mnt/udisk/argvc”，

这是第一个参数

The command line has 2 argument:

10,11。输入的参数是 10 和 11，对应 argv[2]和 argv[2]。

2字符类 led 灯

在前面介绍 open 函数的时候，已经提到过如何打开字符类设备，获得句柄的方法和一般

文件都是一样。

Led 灯的设备节点在/dev 目录下，如下图所示，在超级终端可以使用 ls 命令查找。

 

 

 

 

 

由于涉及到硬件知识，这里简单介绍一下硬件原理，如下图所示，led 小灯的硬件原理很简单。

 

 

 

 

 

 

如上图所示，给 KP_COL0 和 VDD50_EN 网络高电平，三极管 L9014 就会导通，电源 VSYS 就会将电压加到电阻 R 和 led 小灯上，小灯就会亮。

给 KP_COL0 和 VDD50_EN 网络低电平，三极管 L9014 就会截止，形成断路，小灯灭。

 

在前面介绍过，如果要给文件进行写操作，那么使用的是 write 函数。对于 led 小灯的操作，使用写函数，理论上也是可以的。但是对于 IO 口（这里的 IO 口指的是硬件上的 IO 口， 不是指 IO 文件）的操作，Linux 专门设计了一个高效的函数 ioctl。

这个函数在头文件#include中。

int ioctl( int fd, int request, int cmd);

参数 fd，函数 open 返回的句柄。

参数 request 和参数 cmd，由内核驱动决定具体操作，例如 request 可以代表那个 IO 口， cmd 代表对 IO 进行什么样的操作，也可以反过来。具体的含义由驱动工程师在驱动中 switch决定。

返回值：返回 0 成功；返回-1，出错。

2.1小灯测试例程

编写简单的 leds.c 文件测试小灯。

首先添加头文件，如下图所示。

通过 main 参数传过来的参数是 char 字符格式的，如果要传递给 ioctl 函数，需要用到数

值转化函数 atoi，添加了头文件#include 。

接着由于小灯的数量和命令都是 2，所以对小灯数量和操作数进行宏定义#define LED_NUM 2 #define LED_C 2。

 

 

 

 

然后 main 函数如下图所示。

 

 

 

 

 

 

如上图所示。

第 33 行，调用了 ioctl 函数，将 main 函数的第一个和第二个参数传入驱动。

第 19 行，解释那个参数具体代表什么含义，"argv1 is cmd;argv2 is io”，参数 1 对应命

令，参数 2 对应具体那个 led 灯。

第 36 行，将打开的设备节点"/dev/leds"关闭。

2.2 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下，如下图所示，进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol”，将源码 leds.c 拷贝进去，如下图所示。

 

 

 

 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o leds leds.c -static”编译 leds 文件，如下

图所示，使用命令“ls”可以看到生成了 leds 可执行文件。

 

 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法，也可以编译进文件系统，具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 open，拷贝到 U 盘，启动开发板，插入 U 盘，加载 U 盘，运行程序如下。

如下图所示，如果不加参数会有提示，然后报错。

 

 

 

 

 

 

如下图所示，使用命令“./mnt/udisk/leds 0 0”运行，可以看到靠近蜂鸣器的小灯灭了。

 

 

 

 

 

所有参数对小灯的控制如下：

0 0 靠近蜂鸣器的小灯灭；

0 1 靠近按键的小灯灭；

1 0 靠近蜂鸣器的小灯亮；

1 1 靠近按键的小灯亮。

用户可以自行测试一下。

3 字符类 Buzzer 蜂鸣器

和 led 灯类似，蜂鸣器的设备节点也是在/dev 目录下，如下图所示。

 

 

 

 

 

蜂鸣器的硬件和 led 灯类似，如下图所示。

 

 

 

 

 

如上图所示。

原理图很容易理解，如果网络 MOTOR_PWM 为高电平，则 L9014 导通，蜂鸣器响，如

果网络 MOTOR_PWM 为低电平，则 L9014 截止，蜂鸣器则不响。

操作方式和 led 小灯类似。

3.1蜂鸣器测试例程

编写简单的 buzzertest.c 文件测试蜂鸣器。

首先添加头文件，如下图所示，下面新加了几个库文件，一般常用的就是下面几个，写代

码的时候，为了方便，可以直接都添加上。

 

 

 

 

 

 

然后 main 函数如下图所示。

 

 

 

 

 

如上图代码所示。

由于只有一个 IO，底层没有做第三个参数的判断，所以无效

第 16-19 行，对参数 argv[1]有个简单的判断，命令只能是 0 或者 1。

第 21-24 行，open 函数打开蜂鸣器设备节点

第 26 行,使用 ioctl 函数操作蜂鸣器。

第 27 行，使用 close 函数关闭设备节点。

3.2 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下，如下图所示，进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol”，将源码 buzzertest.c 拷贝进去，如下图所示。

 

 

 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o buzzertest buzzertest.c -static”编译 buzzertest 文件，如下图所示，使用命令“ls”可以看到生成了 buzzertest 可执行文件。

 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法，也可以编译进文件系统，具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 buzzertest，拷贝到 U 盘，启动开发板，插入 U 盘，加载 U 盘， 运行程序如下。 使用参数 1 和 0，蜂鸣器会响。第二个参数实际上并不起作用。

 

 

 

 

如下图所示，使用参数 0 和 0，蜂鸣器会停止响。

 

 

 

 

4字符类 ADC 模数转换

和 led 灯类似，数模转换的设备节点也是在/dev 目录下，如下图所示。

 

 

 

 

模数转换的硬件部分如下图所示。

 

 

 

 

 

 

如上图所示。

XadcAIN0 网络可以读取到当前输入电压，滑动变阻器 R 移动的时候，1 和 2 之间的电阻 R12 改变，滑动变阻器最大电阻为 R13,然后电压 Vadc=R12*VDD1V8_EXT/R13 上面公式中 Vadc 可以通过 4412 读取出来，VDD1V8 和 R13 已知，那么就很容易求出 R12 的电阻。如下图所示，在 4412datasheet 中 ADC 章节中有真实的电阻和电压曲线图。

 

 

 

这里将数值做一个简单的换算，

1.8V 对应的是 10K 欧姆，对应的寄存器数值为 0xfff;

0V 对应的是 0 欧姆，对应的寄存器数值为 0x0。

这样做一个简单公式，将读取的数值 r 转化为电阻值 R。

R = r*10000/0xfff,即 R = r*10000/4095。

这个小公式在后面的代码中将会使用到。

4.1模数转换例程

编写简单的 ADC.c 文件测试 adc 的驱动。

首先添加头文件，如下图所示。

 

 

 

然后 main 函数如下图所示。

 

 

 

如上图代码所示。

第 14 行，设备节点为 char *adc = "/dev/adc"。

第 21 行，打开设备节点文件。

第 26 行，使用 read 函数，将读取数字赋予 buffer。

第 30 和 31 行，做个简单地换算，将读取的数值转化为电阻值。

4.2编译运行测试

在 Ubuntu 系统下，如下图所示，进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol/”将源码 ADC.c 拷贝进去，如下图所示。

 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o ADC ADC.c -static”编译 ADC 文件，如 下图所示，使用命令“ls”可以看到生成了 ADC 可执行文件。

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法，也可以编译进文件系统，具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 open，拷贝到 U 盘，启动开发板，插入 U 盘，加载 U 盘，运行程 序。

如下图所示，使用命令“./mnt/udisk/ADC”即可检测当前电阻值，中间的大段打印参数 是多次打印寄存器的数值，在驱动实验中再去介绍。

 

 

 

 

调整滑动电阻器之后，再次使用测试程序，如下图所示，输出数值会有变化。

 

 

 

 

 

 

滑动变阻器向顺时针旋转，阻值会减小，最小为 0；

滑动变阻器向逆时针旋转，阻值会增大，最大为 10K。

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