韦东山Linux驱动入门实验班（2）hello驱动---驱动层与应用层通讯，以及自动产生设备节点

 

前言

（1）学习韦东山老师的Linux，因为他讲的很精简，以至于很多人听不懂。接下来我讲介绍韦东山老师的驱动实验班的第二个Hello程序。

（2）注意，请先学习完视频再来看这个教程！本文仅供入门学习！如需深入，请搜索其他博客！

（3）因为上一个教程已经讲的很详细了，所以很多内容不会重复讲解，只会说明区别的地方。所以阅读本教程之前建议先阅读：韦东山Linux驱动入门实验班（1）hello驱动

（4）gitee仓库；GitHub仓库；

本教程与上一个教程区别

这一篇中的应用层代码和上一篇是一模一样的。所以本文的所有代码都是针对驱动层的！如果应用层代码不理解，可以看上一篇博客！

区别1---驱动层与应用层数据交互

区别讲解

（1）

<1>我们在阅读编写上一个程序的时候，有没有发现一个问题。就是说，我们无论给驱动程序写入什么，最终读取出来的都是一个奇怪的符号。这个是为什么呢？

<2>因为，应用层和驱动层是完全隔绝开来的，应用层无法直接访问驱动层中的各种变量。因为这个操作系统的是要给很多开发者使用的，而这些开发者，可能有些人水平不够，或者是想恶意破坏。那么就会存在一个问题，如果这些人给驱动程序写入了一些错误数据，就容易让整个系统崩溃。所以驱动层和应用层是隔绝的，应用层无法直接访问驱动层，同理，驱动层也无法直接访问应用层。

<3>驱动层和应用层是怎么隔离的呢？首先，应用层发出请求，想访问驱动层。这个时候这条指令将会传递给CPU，CPU读取指令之后将信息发给MMU（内存管理单元）。这个时候，MMU将会发现，应用层发起请求，想访问驱动层，于是MMU将会把这个请求杀死。

<4>应用层和驱动层是隔离的。那么如果我硬要驱动层跟应用层进行交互，怎么办呢？于是就可以使用两个函数：copy_from_user（驱动层得到应用层数据）；copy_to_user（驱动层发数据给应用层）

（3）应用层和驱动层有交互函数。那么驱动层怎么跟硬件交互呢？在我们编写单片机程序的时候，可以直接使用寄存器编写程序，也可以使用官方提供的库函数。而Linux中，我们也是两种办法，第一种是使用寄存器直接控制，第二种就是使用子系统函数。每个寄存器都有一个地址，我们将这个称之为物理地址。但是我们的驱动程序不能直接使用物理地址，他必须是使用ioremap函数，返回一个虚拟地址，用指针存放。之后，我们就可以通过这个指针操作寄存器了。

代码实操

（1）咱们这里有两个函数都有改动，分成两部分讲。

（2）hello_read（）：

<1>unsigned long len = size > 100 ? 100 : size;

这一部分用于判断传入驱动层给应用层发送的字符是否大于100个，如果大于100个字符，那么就只发送100个字符。如果驱动层给应用层发送的字符小于100个，那么就发送实际数量的字符数。

<2>copy_to_user(buf, hello_buf, len);

1，我们copy_to_user（）函数咱们上面介绍了，是驱动层用于给应用层发送数据的函数。第一个参数是最终发送到应用层的数据，因为我们hello_read（）函数的第二个参数是buf，所以copy_to_user（）第一个参数传入buf。

2，copy_to_user（）的第二个参数是驱动层需要发送给应用层的数据，这个是需要我们自己在驱动层创建无符号字符数组hello_buf[]。hello_buf[]这个数组负责存放驱动层和应用层的交互信息。

3，copy_to_user（）的第三个参数是需要传输的字符数量。如果传输的字符大于100，那么就只传输100个字符。如果传输的字符小于100个，那么就按照需要传输的字符数量传输。

<3> return len; 最终返回传输的字符数量。与原来的 return size;不同在于， return size;是没有加上最多传输100个字符的限制。

（3）hello_write（）：

<1>与hello_read（）的一样变化。

<2>copy_from_user(hello_buf, buf, len);

1，copy_from_user（）函数和copy_to_user（）函数使用方法类似的。只不过copy_from_user（）函数是用于应用层给驱动层发送信号。

2，copy_from_user（）的第一个参数是目的地址，所以需要传入hello_buf。第二个参数是起始地址，所以需要传入buf。第三个参数与copy_to_user（）一样。

<3>最终返回值的改变与hello_read（）的一样变化。

（4）最后强调一下，这个代码会有两个警告。ignoring return value of ‘copy_from_user’, declared with attribute warn_unused_result和 ignoring return value of ‘copy_to_user’, declared with attribute warn_unused_result。这两个警告翻译过来就是忽略使用warn_unused_result属性声明的' copy_from_user '的返回值 和 忽略使用warn_unused_result属性声明的' copy_to_user '的返回值。

这两个警告是什么意思呢？有什么影响？很简单copy_from_user和copy_to_user是存在返回值的。而我们没有接收这两个函数的返回值，所以会存在警告，无需理会。

static unsigned char hello_buf[100]; //存放驱动层和应用层交互的信息

/*
 *传入参数 ：
	 *filp ：要读的文件
	 *buf ：读的数据放在哪里
	 *size ：读多大数据
	 *offset ：偏移值（一般不用）
 *返回参数 ：读到的数据长度	
*/
static ssize_t hello_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//判断size是否大于100，如果大于100，len=100，否则len=size
    unsigned long len = size > 100 ? 100 : size;
	/*__FILE__ ：表示文件
	 *__FUNCTION__ ：当前函数名
	 *__LINE__ ：在文件的哪一行
	*/
    printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 作用 ： 驱动层发数据给应用层
	 * buf  ： 应用层数据
	 * hello_buf : 驱动层数据
	 * len  ：数据长度
	*/
    copy_to_user(buf, hello_buf, len);

    return len;
}
/*
 *传入参数 ：
	 *filp ：要写的文件
	 *buf ：写入的数据来自于buf
	 *size ：写多大数据
	 *offset ：偏移值（一般不用）
 *返回参数 ：写的数据长度	
*/
static ssize_t hello_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//判断size是否大于100，如果大于100，len=100，否则len=size
    unsigned long len = size > 100 ? 100 : size;
	/*__FILE__ ：表示文件
	 *__FUNCTION__ ：当前函数名
	 *__LINE__ ：在文件的哪一行
	*/
    printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 作用 ： 驱动层得到应用层数据
	 * buf  ： 应用层数据
	 * hello_buf : 驱动层数据
	 * len  ：数据长度
	*/
    copy_from_user(hello_buf, buf, len);

    return len;
}

结果演示

（1）与上一个博客一样流程：

<1>Ubuntu下make编译

<2>打开开发板，输入mount -t nfs -o nolock,vers=3  192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs  /mnt共享文件

<3>内核打印可以选中打开或者不打开：

关闭内核打印：echo "0 4 0 7" > /proc/sys/kernel/printk
打开内核打印：echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

<4>insmod hello_drv.ko装载驱动

<5>cat /proc/devices:查看当前已经被使用掉的设备号（注意，这里的设备号之后的创建设备节点需要用到）

<6> mknod  /dev/xyz c 240 0 （xyz可以为任意名字，设备号与上面的有关，0表示次设备号，随便填）

<7>在应用层调用设备节点，如./hello_test /dev/xyz  123

<8>卸载驱动程序： rmmod 驱动程序

<9>删除设备节点：rm  /dev/xyz

（2） 关闭内核打印演示结果

（3）打开内核打印演示结果

区别二---自动创建设备节点

讲解

（1）咱们有没有发现一个问题，驱动装载流程太长了。我们能不能自动创建一个设备节点，然后自己删除呢？答案是可以的，不然我也不会提及。

（2）如何在让系统实现自动创建设备节点呢？这个时候我们就要讲到两个函数。class_create（）和device_create（）。

<1>class_create（）函数用于动态创建设备的逻辑类，此函数的执行效果就是在目录/sys/class下创建一个新的文件夹，此文件夹的名字为此函数的第二个输入参数，但此文件夹是空的。同时在/sys/devices目录下也会创建新的空文件夹。

<2>device_create（）函数就是用于创建设备节点的，第一个参数为class_create（）的返回值。class_create（）函数不是在/sys/class中创建一个空的文件夹麻，device_create（）函数就是在这个空的文件夹中创建一个链接文件。同时在/sys/devices/virtual目录下创建新的逻辑设备目录。这个链接文件，也就是咱们输入mknod命令创建的设备节点。

（3）自动创建了设备节点之后，我们还需要销毁设备节点。那么这个时候又需要使用两个函数了。device_destroy（）和class_destroy（）。

<1>因为我们创建设备节点的时候，是先注册驱动，再创建逻辑类，最后创建设备节点的。所以销毁的时候需要反过来。先销毁设备节点，再销毁逻辑类，最后卸载驱动。

<2>class_destroy（）执行的效果是删除函数__class_create()或宏class_create()在目录/sys/class下创建的逻辑类对应的文件夹。device_destroy（）用于销毁设备节点。

代码 

//在命令行输入insmod命令，就是注册驱动程序。之后就会进入这个入口函数
//3,入口函数
static int hello_init(void)
{
	/*将hello_drv这个驱动放在内核的第n项，中间传入的名字不重要，第三个是要告诉内核的驱动
	 *因为我们不知道第n项是否已经存放了其他驱动，就可以放在第0项，然后让系统自动往后遍历存放到空的地方
	 *major为最终存放的第n项,等下卸载程序需要使用。如果不卸载程序，可以不管这个
	*/
    major = register_chrdev(0, "100ask_hello", &hello_drv);
	//如果成功注册驱动，打印
	printk("insmod success!\n");
	
	/******这里相当于命令行输入 mknod  /dev/hello c 240 0 创建设备节点*****/
	
	//创建类，为THIS_MODULE模块创建一个类，这个类叫做hello_class
	hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");
	if (IS_ERR(hello_class))  //如果返回错误
	{
		//打印类创建失败
		printk("failed to allocate class\n");
		//返回错误
		return PTR_ERR(hello_class);
	}
	/*在hello_class类下面创建设备
	 *无父设备的指针
	 *MKDEV传入主设备号major和此设备号0
	 *没有私有数据
	 *输入参数是逻辑设备的设备名，即在目录/dev目录下创建的设备名
	*/
    device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello");  /* /dev/hello */

   return 0;
}

//在命令行输入rmmod命令，就是注册驱动程序。之后就会进入这个出口函数
//4,出口函数
static void hello_exit(void)
{
	//销毁hello_class类下面的设备节点
    device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));
	//销毁hello_class类
    class_destroy(hello_class);
	//卸载驱动程序
	//第一个参数是主设备号，第二个是名字
    unregister_chrdev(major, "100ask_hello");
	//如果成功卸载驱动，打印
	printk("rmmod success!\n");
}

效果演示

（1）演示自动产生设备节点

 （2）现在使用驱动需要的步骤：

<1>Ubuntu下make编译

<2>打开开发板，输入mount -t nfs -o nolock,vers=3  192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs  /mnt共享文件

<3>内核打印可以选中打开或者不打开：

关闭内核打印：echo "0 4 0 7" > /proc/sys/kernel/printk
打开内核打印：echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

<4>insmod hello_drv.ko装载驱动

<5>在应用层调用设备节点，如./hello_test /dev/xyz  123

<6>卸载驱动程序： rmmod 驱动程序