字符设备驱动开发流程

字符驱动相关概念解析

一、驱动初始化
1.1分配设备描述结构
1.2初始化设备描述结构
1.3.注册设备描述结构
1.4.硬件初始化
二、实现设备操作
2.1open
2.2read
2.3.write
2.4.lseek
2.5close
2.6参数分析
三、驱动注销

字符驱动相关概念解析

1设备描述结构
在任何一种驱动模型，字符、网卡驱动等，设备都会用内核的一种结构来描述。我们的字符设备在内核中使用struct cdev来描述
struct cdev{
struct kobject kobj；
struct module *owner；
const struct file_operations *ops;
struct list_lead list;
dev_t dev;//设备号
unsigned int count;//设备数
};
2、设备号
1主设备号
字符设备文件如何与字符驱动程序建立关系?
通过字符设备文件找到字符驱动程序，字符设备文件与字符驱动程序对应数字相同，即主设备号设备相同
我们创建字符设备文件时。cat /proc/devices查看设备驱动程序的主设备号，然后在根据这个主设备下建立一个同样主设备号的字符设备文件，主设备号反应设备类型。
2.次设备号
一个驱动程序并不是只可以处理一个设备，例如开发板上面的3个串口只有一个串口驱动程序，但3个串口会对应3个不同的设备文件，3个设备文件的不同之处是次设备号，不同的次设备号区分同类型的不同设备。应用程序带调用3个设备文件，所以次设备号不同，3个设备文件需要通过主设备号访问同一个驱动程序，因而主设备号相同，如果3个设备文件没有其他信息，则驱动程序也无法区分是哪个文件，所以不同文件的次设备号不同。
3.Linux内核中使用dev_t,通过source insight查询到即为32位的unsigned int， 其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。
主设备号和次设备号组合成dev_t类型
dev_t dev = MKDEV(主设备号，次设备号)；
dev_t分解主设备号
次设备号=NAJOR(dev_t dev);
dev_t分解次设备号
次设备号=MINOR(dev_t dev);

3.设备号分配
次设备号可以自己定义，但主设备分配的不对会造成冲突。
*3.1.静态申请
开发者自己选择一个数字作为主设备号，然后通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。缺点：如果申请
使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。
*3.2动态分配
使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。优点：因为内核知道哪些号已经被使用了，所以不会导致分
配到已经被使用的号。
*3.3.设备号注销
在退出来注销设备号，unregister_chrdev_region函数释放设备号

4、操作函数集
struct file_operations是一个函数指针的集合，定义能在设备上进行操作。结构中的函数指针指向驱动中的函数。
struct file_operations dev_fops{
.llseek = NULL;
.read = dev_read;
.write = dev_write;
.ioctl = dev_ioctl;
.open = dev_open;
.release = dev_release;
};

一、驱动初始化

1.1分配设备描述结构。字符设备是cdev
cdev变量的定义采用动态和静态分配
静态：struct cdev mdev
动态：struct cdev *pdev = cdev_alloc();
1.2描述结构初始化
struct_cdev的初始化使用cdev_init函数来完成
cdev_init(struct cdev *cdev,const struct file_operation *fops)
参数：
cdev：待初始化的cdev结构
fops：设备对应的操作函数集5.3
1.3字符设备注册
字符设备注册使用cdev_add函数来完成
cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)
参数：
p:待添加到内核的字符设备结构
dev：设备号
count：该设备的设备个数
1.4.硬件初始化

二、实现设备操作

2.1 int (open)(struct inode,struct file *)

打开设备，响应open系统
设备操作-open
open设备方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的，在大部分驱动程序中，open完成如下工作
标明次设备号
启动设备
2.2 int (release)(struct inode ,struct file *)

关闭设备，响应close系统调用，release方法的作用正好与open相反。这个设备方法有时也称为close，它应该：
关闭设备
2.3 loff_t (llseek) (struct file , loff_t, int)

重定位读写指针，响应lseek系统调用
2.4ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)

从设备读取数据，响应read系统调用，read设备方法通常完成2件事情：
从设备中读取数据(属于硬件访问类操作)
将读取到的数据返回给应用程序
参数分析：
filp：与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建。
buff : 从设备读取到的数据，需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。
count: 请求传输的数据量，由read系统调用提供该参数。
offp: 文件的读写位置，由内核从file结构中取出后，传递进来。
buff参数是来源于用户空间的指针，这类指针都不能被内核代码直接引用，必须使用专门的函数
int copy_to_user(void __user *to, const void *from, int n)//read使用
2.5ssize_t (write) (struct file , const char __user , size_t, loff_t )

向设备写入数据，响应write系统调用，write设备方法通常完成2件事情：
从应用程序提供的地址中取出数据
将数据写入设备(属于硬件访问类操作)
其参数类似于read
int copy_from_user(void *to, const void __user *from, int n)
2.6参数分析

以上函数里面都使用了struct file类型，linux系统中，每一个打开的文件，在内核中都会关联一个struct file，它由打开文件时创建，在文件关闭后释放
重要成员：
loff_t f_pos/文件读写指针/
struct file_operation fop/该文件所对应的操作*/
struct inode
每一个存在于文件系统里面的文件都会关联一个inode结构，该结构主要用来记录文件上的信息，因此，它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件没有被打开时不会关联file结构，但是却会关联一个inode结果。
重要成员：
devt i_rdev:设备号
struct inode记录文件物理信息

三、驱动注销

cdev_del函数来完成字符设备的注销

LED驱动

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 



static int major;
static struct cdev first_cdev;
static dev_t devid;
static struct class *firstdrv_class;

volatile unsigned long *gpfcon = NULL;
volatile unsigned long *gpfdat = NULL;

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	*gpfcon &= ~((0x3<<8) | (0x3<<10) | (0x3>>12) );
	*gpfcon |= (0x1<<8) | (0x1<<10) | (0x1<<12);
	return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *userbuf,size_t bytes, loff_t *off)
{
	int val;

	copy_from_user(&val, userbuf, bytes);
	if(val)
		*gpfdat &= ~( (1<<4) | (1<<5) | (1<<6) );
	else
		*gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6);
	return 0;
}

static struct file_operations first_drv_fops = {
	.owner 	=	THIS_MODULE,
	.open 	=	first_drv_open,
	.write 	=	first_drv_write,
};


static int first_drv_init(void)
{
	if(major){
		devid = MKDEV(major, 0);	//从此设备号0开始分配
		register_chrdev_region(devid, 2, "first_drv");//注册，告诉内核
	}else{
		alloc_chrdev_region(&devid, 0, 2, "first_drv");//自动分配
		major = MAJOR(devid);	
		devid = MKDEV(major, 0);
	}

	//将cdev结构体和file_operations结构体关联起来
	cdev_init(&first_cdev, &first_drv_fops);
	cdev_add(&first_cdev, devid, 2);

	//使用udev机制自动创建设备节点
	firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
	device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "firstdrv");//dev/first_drv

	gpfcon = (volatile unsigned long*)ioremap(0x56000050, 16);
	gpfdat = gpfcon + 1;

	
	return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{ 
	iounmap(gpfcon);
	device_destroy(firstdrv_class,  MKDEV(major, 0));
	class_destroy(firstdrv_class);
	cdev_del(&first_cdev);
	unregister_chrdev_region(devid, 2);
}


module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL")