由于关于pcduino的资料比较少,所以这篇文章是参考了pcduino爱好者论坛的一篇教程《手把手教你用A10点灯》,并且系统的结合了linux驱动的开发步骤。读完这篇文章,你不但可以对pcduino开发板的硬件结构有所了解,更重要的是可以对linux的驱动开发步骤有一个系统的认识。我也是一个linux驱动的新手,所以,写的不对的地方,请大家指正。
这一部分将会手把手教你创建一个Linux的驱动程序框架,在下一部分,我们只需要将控制pcduino硬件部分的代码填入这个框架就可以了。像所有的应用程序都有一个main函数作为函数的入口一样,linux驱动程序的入口是驱动的初始化函数。这个初始化函数是 module_init 来指定的,同样,与初始化函数对应的驱动程序的退出函数是由 module_exit函数来指定的。下面就让我们动手写第一个版本的驱动程序吧。
#include
#include
static int __init led_init(void)
{
printk("led init\n");
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
将上面代码保存为 led.c,接下来就要编写Makefile文件对刚刚编写的驱动程序进行编译了。新建Makefile文件,在里面输入:
obj-m := led.o
all:
make -C /usr/src/linux-headers-3.8.0-35-generic/ M=/home/asus/drive/
clean:
rm *.o
rm *.ko
rm *.order
rm *.symvers
rm *.mod.c
uname -r
来进行查看。M 后面表示你的驱动所在的目录。改好之后保存,注意,这个文件的名字一定得是 "Makefile" 才行,make 和 rm命令前面一定是一个TAB符才行。输入命令:
make
进行编译,完成之后,使用ls查看,可以看到得到的文件如下:
built-in.o led.c led.ko led.mod.c led.mod.o led.o Makefile modules.order Module.symvers
sudo insmod led.ko
dmesg
sudo rmmod led.ko
上面写的这个驱动程序是没有什么作用的,在linux中,应用程序是通过设备文件来和驱动程序进行交互的。所以我们需要在驱动程序中建立设备文件,这个设备文件建立之后,就会存在于 /dev/ 目录下,应用程序就是通过对这个文件的读写,来向驱动程序发送命令,并通过驱动程序控制硬件的动作。每一个驱动程序对应着一个设备文件。要建立一个设备文件,首先必须拥有设备号才行,这个设备号就需要我们向linux系统提出申请,由linux系统为我们分配。设备号有主设备号和从设备号之分,主设备号使用来表示驱动的类型,从设备号表示使用同一个驱动的设备的编号,这里要申请的就是主设备号。使用 alloc_chrdev_region 函数来申请一个设备号。设备号的类型为 dev_t ,它是一个 32 位的数,其中 12 位用来表示主设备号,另外 20 位用来表示从设备号。可以使用 MAJOR 宏和 MINOR 宏来直接获取主设备号和从设备号。我们第二个版本的程序如下:
#include
#include
#include
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功,打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
[ 384.225850] led init
[ 384.225854] major number : 250
还可以使用命令 cat /proc/devices | grep ‘led’ 查看获得的设备号。
设备号申请完毕后,就可以在 /dev/ 目录下创建设备文件了。需要了解的是设备在内存中,使用结构体 cdev 来表示,并且将我们申请的设备号,以及对文件操作的回调函数,统统的关联起来。最后使用这个结构体,用函数 class_create 和 device_create 来创建一个设备文件。说了一下基本思路,还是先看程序吧:#include
#include
#include
#include
#include
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//三个回调函数,当在应用程序执行相应的操作时
//驱动程序会调用相应的函数来进行处理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//设备在内存中表示的结构体
static struct cdev* cdevp;
//注册文件操作的回调函数的结构体
static struct file_operations fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
//注册相应的回调函数
.open = led_open,
.release = led_release,
.write = led_write,
};
//用来创建设备文件的class
static struct class* classp;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功,打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
//给cdev结构体在内存中分配空间
cdevp = cdev_alloc();
//如果分配失败
if( cdevp==NULL )
{
printk("cdev alloc failure\n");
//注销前面申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//将cdev结构体与
//注册文件操作的回调函数的结构体file_operations关联起来
cdev_init(cdevp,&fops);
//将cdev结构体和申请的设备号关联起来
err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
if(err)
{
printk("cdev add failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return err;
}
//给class分配空间
classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
if( classp==NULL )
{
printk("class create failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//创建设备文件
device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//释放分配的class空间
if( classp )
{
device_destroy(classp,dev_number);
class_destroy(classp);
}
//释放分配的cdev空间
if( cdevp )
{
cdev_del(cdevp);
}
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
//当在应用程序中执行 open 函数时,
//会调用下面的这个函数
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led open\n");
return 0;
}
//当在应用程序中执行 close 函数时,
//会调用下面的函数
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led release\n");
return 0;
}
//当在应用程序中调用 write 函数时,
//会调用下面的这个函数
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
printk("led write");
return 0;
}
//指定采用的协议
MODULE_LICENSE("GPL");
insmod: error inserting 'led.ko': -1 Unknown symbol in module
这个错误。编译,安装好,之后,我们就可以在 /dev/ 目录下找到 led 文件,使用命令:
ls -l /dev/led
crw------- 1 root root 250, 0 Dec 26 10:52 /dev/led
至此我们的linux设备驱动框架,已经完全建立起来了。接下来要做的工作,就是对 pcduino 开发板进行编程了。
所使用的开发板是pcduino开发板,如下图:
这是一款开源硬件,采用的是cortex-A8的核心,板上可以安装ubuntu,android系统,我们使用的板子已经安装了 ubuntu 系统,通过 HDMI转VGA 线连接屏幕,并且通过usb接口,连接键盘和鼠标,直接在其自带的ubuntu系统上,编写驱动并运行。我们仔细的查看板子,会发现板上一共带有 3 个led灯,分别是 RX_LED,TX_LED,ON_LED,分别用来指示接收,发送和电源的状态。这里我们只控制 TX_LED 灯进行闪烁。查看 pcduino 的硬件原理图,查找 TX_LED 的连接位置,如下图:
会看到第三行 TX_LED 连接到 CPU 的PH15引脚,并且 L 即低电平时为激活状态,H 高电平时,为熄灭状态。得到这个信息说明,我们只需要控制 CPU 的引脚 PH15 的状态,就可以控制 TX_LED 的状态了。
所以接下来就需要我们去查看 A10 的芯片手册,来看一看到底怎么控制 PH15 这个引脚。
可以看到 A10 芯片的引脚有很多,而我们只关注 PH,因为我们要控制的就是 PH15 这个引脚。这里需要的一个概念就是,对一个引脚的控制至少需要有两个寄存器,一个是控制寄存器,一个是数据寄存器。控制寄存器用来控制引脚的工作模式,比如输出或者输入;数据寄存器用来向引脚输出数据或者从引脚读入数据。所以我们要先查看一下 PH15 的配置寄存器,如下图:
我们发现 PH15 控制寄存器一共有3位28-30,共有 8 种工作模式,由于要控制 led 的状态,我们将它设置为输出模式,所以 PH15 控制寄存器的内容应该为 001。那么这个寄存器在哪个位置呢,在表上有 Offset:0x100 我们知道,PH寄存器的偏移地址是 0x100,但是基地址是多少呢。再往前面查阅就会发现
所以基地址就是 0x01C20800。基地址和偏移地址都有了,我们就可以定位 PH_CFG1 寄存器的地址就是(0x01C20800+0x100),我们只需要将这个寄存器的第28-30位置为:
30 29 28
0 0 1
当控制寄存器配置完成之后,我们就需要向数据寄存器写入数据来控制 led 的闪烁。我们同样查看芯片手册:
可以看到,PH的数据寄存器用每一位来表示一个引脚的状态。我们要控制 PH15 引脚,就需要对这个寄存器的第15位进行操作。所以,接下来就是,开始动手向驱动框架中添加对硬件操作的时候:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//驱动名
#define DEV_NAME "led"
//从设备的个数
#define DEV_COUNT 1
//定义与硬件相关的宏
//基地址
#define BASE_ADDRESS 0x01C20800
//PH_CFG1寄存器的地址
#define PH_CFG1 (BASE_ADDRESS+0x100)
//PH_DAT寄存器的地址
#define PH_DAT (BASE_ADDRESS+0x10C)
//三个回调函数,当在应用程序执行相应的操作时
//驱动程序会调用相应的函数来进行处理
ssize_t led_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int led_open(struct inode *, struct file *);
int led_release(struct inode *, struct file *);
//声明设备号
static dev_t dev_number;
//设备在内存中表示的结构体
static struct cdev* cdevp;
//注册文件操作的回调函数的结构体
static struct file_operations fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
//注册相应的回调函数
.open = led_open,
.release = led_release,
.write = led_write,
};
//用来创建设备文件的class
static struct class* classp;
//声明用来表示PH_CFG1内存地址的变量
volatile static unsigned long* __ph_cfg1;
//用来表示PH_DAT内存地址的变量
volatile static unsigned long* __ph_dat;
//初始化
static int __init led_init(void)
{
//错误标记
int err;
printk("led init\n");
//申请设备号
err = alloc_chrdev_region(&dev_number,0,DEV_COUNT,DEV_NAME);
if(err)
{
printk("alloc device number fail\n");
return err;
}
//如果申请成功,打印主设备号
printk("major number : %d\n",MAJOR(dev_number));
//给cdev结构体在内存中分配空间
cdevp = cdev_alloc();
//如果分配失败
if( cdevp==NULL )
{
printk("cdev alloc failure\n");
//注销前面申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//将cdev结构体与
//注册文件操作的回调函数的结构体file_operations关联起来
cdev_init(cdevp,&fops);
//将cdev结构体和申请的设备号关联起来
err = cdev_add(cdevp,dev_number,DEV_COUNT);
if(err)
{
printk("cdev add failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return err;
}
//给class分配空间
classp = class_create(THIS_MODULE,DEV_NAME);
if( classp==NULL )
{
printk("class create failure\n");
//释放申请的cdev空间
cdev_del(cdevp);
//注销申请的设备编号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
return -1;
}
//创建设备文件
device_create(classp,NULL,dev_number,"%s",DEV_NAME);
printk("/dev/%s create success\n",DEV_NAME);
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
//释放分配的class空间
if( classp )
{
device_destroy(classp,dev_number);
class_destroy(classp);
}
//释放分配的cdev空间
if( cdevp )
{
cdev_del(cdevp);
}
//注销申请的设备号
unregister_chrdev_region(dev_number,DEV_COUNT);
}
module_init( led_init );
module_exit( led_exit );
//当在应用程序中执行 open 函数时,
//会调用下面的这个函数
int led_open(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
//临时变量
unsigned long tmp;
printk("led open\n");
//将PH15管脚设置为输出状态
//将PH_CFG1这个硬件寄存器的地址,映射到linux内存,并获取映射后的地址
//通过对这个地址的操作,就可以控制PH_CFG1
__ph_cfg1 = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_CFG1,4);
//将设置PH15寄存器
tmp = *__ph_cfg1;
tmp &= ~(0xf<<28);
tmp |= (1<<28);
*__ph_cfg1 = tmp;
//将灯初始化为熄灭的状态
__ph_dat = (volatile unsigned long*)ioremap(PH_DAT,4);
tmp = *__ph_dat;
tmp |= (1<<15);
*__ph_dat = tmp;
return 0;
}
//当在应用程序中执行 close 函数时,
//会调用下面的函数
int led_release(struct inode* pinode,struct file* pfile)
{
printk("led release\n");
//注销分配的内存地址
iounmap(__ph_dat);
iounmap(__ph_cfg1);
return 0;
}
//当在应用程序中调用 write 函数时,
//会调用下面的这个函数
ssize_t led_write(struct file* pfile,const char __user* buf,size_t count,loff_t* l)
{
int val;
volatile unsigned long tmp;
printk("led write\n");
//从用户空间读取数据
copy_from_user(&val,buf,count);
printk("write %d\n",val);
//从应用程序读取命令
//来控制led灯
tmp = *__ph_dat;
if( val==1 )
{
//灯亮
tmp &= ~(1<<15);
}
else
{
//灯灭
tmp |= (1<<15);
}
*__ph_dat = tmp;
return 0;
}
MODULE_LICENSE("GPL");
上面的是完整的控制pcduino上led闪烁的驱动程序,写完这个驱动程序之后,再写一个下面的测试程序就可以使 led 闪烁了,测试的代码如下:
#include
#include
#include
int main(void)
{
int fd;
int val = 1;
//打开驱动对应的设备文件
fd = open("/dev/led",O_RDWR);
if( fd<0 )
{
printf("open /dev/led error\n");
return -1;
}
while(1)
{
//写入高电平
write(fd,&val,sizeof(int));
//睡眠一秒
sleep(1);
//将电平反转
val = 0;
//写入低电平
write(fd,&val,sizeof(int));
//睡眠一秒
sleep(1);
val = 1;
}
close(fd);
return 0;
}
sudo ./a.out