详细到吐血 —— 树莓派驱动开发入门：从读懂框架到自己写驱动

师承陈立臣

README

emmm一不小心写了这么长的篇幅，建议配合目录一起看，从目录点击对应知识点，对知识体系和结构有整体的认识，阅读的时候才不会感到吃力。

一、驱动初步认知

为什么要学会写驱动？

树莓派开发简单是因为有厂家提供的wiringPi库，实现超声波，实现继电器操作，做灯的点亮…都非常简单。

但未来做开发时，不一定都是用树莓派，则没有wiringPi库可以用。但只要能运行Linux，linux的标准C库一定有。

学会根据标准C库编写驱动，只要能拿到linux内核源码，拿到芯片手册，电路图…就能做开发。

用树莓派学习的目的不仅是为是体验其强大便捷的wiringPi库，更要通过树莓派学会linux内核开发，驱动编写等，做一个属于自己的库。

设备号的两个作用？

区分硬件

linux一切皆为文件，其设备管理同样是和文件系统紧密结合。在目录/dev下都能看到鼠标，键盘，屏幕，串口等设备文件，硬件要有相对应的驱动，那么open怎样区分这些硬件呢？

依靠文件名与设备号。在/dev下ls -l可以看到

索引驱动在驱动链表中的位置

设备号又分为：主设备号用于区别不同种类的设备；次设备号区别同种类型的多个设备。

内核中存在一个驱动链表，管理所有设备的驱动。 驱动开发无非以下两件事：

• 编写完驱动程序，加载到内核
• 用户空间open后，调用驱动程序

驱动插入到链表的位置（顺序）由设备号检索。

从open到设备，从上层到底层，经历了什么？

• 用户层调用open产生一个软中断（中断号是0x80），进入内核空间调用sys_callsys_call。
• sys_callsys_call真正调用的是sys_open,去内核的驱动链表根据主设备号与次设备号找到相关驱动函数。
• 调用驱动函数里面的open,去设置IO口引脚电平。

（对应下图的粉色笔迹）

二、基于内核驱动框架编写驱动代码流程

目的是用简单的例子展示从用户空间到内核空间的整套流程。

1.编写上层应用代码

在上层访问一个设备跟访问普通的文件没什么区别。试写一个简单的open和write去操作设备"pin4"。

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
   
	int fd;
	fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);
	if(fd < 0){
   
		printf("open failed\n");
		perror("reson");
	}else{
   
		printf("open success\n");
	}
	fd = write(fd,'1',1);//写一个字符'1',写一个字节
	return 0;
}

根据上面提到的驱动认知，有个大致的概念，以open为例子：
上层open→sys_call→sys_open→内核驱动链表节点→执行节点里的open

当然，没有装载驱动的话这个程序执行一定会报错。只有在内核装载了驱动并且在/dev下生成了“pin4”这样一个设备才能运行。

接下来介绍最简单的字符设备驱动框架。

2.根据上层需求修改内核驱动框架代码

所谓框架，就是定死的东西，基本的语句必须要有，少一个都不行。

虽然有这么多的代码，但核心运行的就两个printk。

#include 		 //file_operations声明
#include     //module_init  module_exit声明
#include       //__init  __exit 宏定义声明
#include 	 //class  devise声明
#include    //copy_from_user 的头文件
#include      //设备号  dev_t 类型声明
#include           //ioremap iounmap的头文件

static struct class *pin4_class;  
static struct device *pin4_class_dev;

static dev_t devno;                //设备号
static int major =231;  		   //主设备号
static int minor =0;			   //次设备号
static char *module_name="pin4";   //模块名

//pin4_open函数
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
   
    printk("pin4_open\n");  //内核的打印函数，和printf类似
   
    return 0;
}

//pin4_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos