i.MX283开发板第一个Linux驱动-LED驱动改进
上一个博客i.MX283开发板第一个Linux驱动讲的是最简单的LED驱动的编写，但是其中还有一些不足。
首先是在利用insmod加载驱动时，需要用指令mknod /dev/imx283_led c 200 0手动创建设备节点，否则在/dev下是不会有我们的设备的，应用程序中open("/dev/imx283_led",O_RDWR)必然会失败。
其次是利用register_chrdev函数注册设备会造成设备号的浪费，这个是早期2.4版本内核的注册方法，在Linux2.6及以后的版本都不是很推荐这种方式。
下面就针对上一个LED驱动作下改进。
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udev、mdev机制
Linux有udev、mdev的机制，而我们的ARM开发板上移植的busybox有mdev机制，然后mdev机制会通过class类来找到相应类的驱动设备来自动创建设备节点 (前提需要有mdev)
udev 是一个用户程序，在 Linux 下通过 udev 来实现设备文件的创建与删除，udev 可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用modprobe 命令成功加载驱动模块以后就自动在/dev 目录下创建对应的设备节点文件,使用rmmod 命令卸载驱动模块以后就删除掉/dev 目录下的设备节点文件。
1.首先要创建一个 cdev结构体变量、class 类和device设备。
static struct cdev LED_cdev;//定义一个cdev结构体
static struct class *led_class;//创建一个LED类
static struct device *led_device;//创建一个LED设备 该设备是需要挂在LED类下面的
static int major;//主设备号
static dev_t dev_id;//设备号 由主设备号和次设备号组合而成注意：dev_id是为了动态申请设备号创建的变量，申请成功后可以利用MAJOR(dev_id)和MINOR(dev_id)取出主设备号和次设备号。
2.改进注册与注销字符设备函数
register_chrdev()的弊端在于它仅仅由一个主设备号就确定了一个设备驱动，因为register_chrdev()的入口参数只有主设备号major和fops结构体，Linux内核最多支持255个字符设备，假设我有255个不同的字符设备需要控制，那么就需要255个主设备号，一下子用光了所有的设备号，这是很不合理的！
int __register_chrdev(unsigned int major, //主设备号
unsigned int baseminor,
unsigned int count,
const char *name,//设备名称
const struct file_operations *fops)因此就需要一种合理的方式分配和释放设备号，Linux 2.6及以后的内核就提供了这种方式，下面这个函数就是用来申请设备号：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
/*
dev：需要申请的设备号
baseminor：次设备号起始位置
count：需要申请次设备号的个数
name：设备名称
*/这样就保证了每个设备只对应一个主设备号和一个次设备号 。同样的，有申请设备号必然有注销设备号，注销设备号函数如下：
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
/*
from:需要注销设备号的起始位置
count：个数
*/申请完设备号，就需要向内核注册字符设备，这里需要首先需要使用cdev_init()初始化一个cdev结构体。
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;//一般为THIS_MODULE
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;//设备号
unsigned int count;//设备号数量
};
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
/*
cdev:初始化一个cdev结构体
fops:将设备驱动file_operations结构体赋给cdev的ops变量
*/
接下来需要向刚刚初始化好的cdev结构体中添加字符设备：
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
/*
p:初始化好的cdev结构体
dev:设备号
count:设备数量
*/
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改进后注册设备函数：
static int __init led_init(void)
{
/*1.申请或者指定主设备号 此处由内核动态分配1个设备号*/
alloc_chrdev_region(&dev_id, 0, 1, DEVICE_NAME);
/*2.初始化 LED_DEV结构体*/
cdev_init(&LED_cdev, &led_fops);
/*3.向LED_cdev添加1个设备*/
cdev_add(&LED_cdev,dev_id, 1);
/*4.创建一个LED类*/
led_class = class_create(THIS_MODULE,"led_class");
/*5.在LED类下面创建一个LED设备 然后mdev通过这个自动创建/dev/"DEVICE_NAME"*/
led_device = device_create(led_class,NULL,dev_id,NULL,DEVICE_NAME);
printk("module init ok\n");
return 0;
}class_create是类创建函数，需要引用头文件#include
#define class_create(owner, name) \
({ \
static struct lock_class_key __key; \
__class_create(owner, name, &__key); \
})
/*
owner:THIS_MODULE
name:类名字，可以随意
*/
device_create用于在指定类下面创建一个设备
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
{
va_list vargs;
struct device *dev;
va_start(vargs, fmt);
dev = device_create_vargs(class, parent, devt, drvdata, fmt, vargs);
va_end(vargs);
return dev;
}
/*
class：指定类，这里指定上一步创建的类
parent：父设备，一般为NULL
devt：设备号，可以通过MKDEV构建出来
drvdata：是设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL
fmt：设备名字，如果设置 fmt=xxx 的话，就会生成/dev/xxx这个设备文件。返回值就是创建好的设备。
MKDEV是个宏定义，作用是根据已有的主设备号和次设备号构建一个dev_t类型的设备号。
*/
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改进后注销设备函数：
static void __exit led_exit(void)
{
/*1.删除LED_cdev结构体*/
cdev_del(&LED_cdev);
/*2.注销设备 cat /proc/devices下不可见*/
unregister_chrdev_region(dev_id,1);
/*3.删除LED设备*/
device_destroy(led_class, dev_id);
/*4.删除LED类*/
class_destroy(led_class);
printk("module exit ok\n");
}
device_destroy函数是从指定类下面删除一个设备
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
{
struct device *dev;
dev = class_find_device(class, NULL, &devt, __match_devt);
if (dev) {
put_device(dev);
device_unregister(dev);
}
}
//class:指定类 devt：设备号
void class_destroy(struct class *cls)
{
if ((cls == NULL) || (IS_ERR(cls)))
return;
class_unregister(cls);
}
//cls： 需要删除的class
下面给出完整的驱动函数：
/*
GPIO Driver driver for EasyARM-iMX283
*/
#include //模块加载卸载函数
#include //内核头文件
#include //数据类型定义
#include
#include
#include //file_operations结构体
#include //class_create等函数
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include //gpio_request gpio_free函数
#include <../arch/arm/mach-mx28/mx28_pins.h>
#define DEVICE_NAME "imx283_led"//驱动名称
#define LED_GPIO MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_D23) //for 283 287A/B
static int led_open(struct inode *inode ,struct file *flip)
{
int ret = -1;
gpio_free(LED_GPIO);
ret = gpio_request(LED_GPIO, "LED1");
printk("gpio_request = %d\r\n",ret);
return 0;
}
static int led_release(struct inode *inode ,struct file *flip)
{
gpio_free(LED_GPIO);
return 0;
}
static int led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
loff_t *f_pos)
{
int ret = -1;
unsigned char databuf[1];
ret = copy_from_user(databuf,buf,1);
if(ret < 0 )
{
printk("kernel write error \n");
return ret;
}
gpio_direction_output(LED_GPIO, databuf[0]);
return ret;
}
static ssize_t led_read(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
loff_t *f_pos)
{
return 0;
}
static struct file_operations led_fops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.write = led_write,
.read = led_read,
.release = led_release,
};
static struct cdev LED_cdev;//定义一个cdev结构体
static struct class *led_class;//创建一个LED类
static struct device *led_device;//创建一个LED设备 该设备是需要挂在LED类下面的
static int major;//主设备号
static dev_t dev_id;
static int __init led_init(void)
{
/*1.申请或者指定主设备号 此处由内核动态分配设备号*/
alloc_chrdev_region(&dev_id, 0, 1, DEVICE_NAME);
/*2.初始化 LED_DEV结构体*/
cdev_init(&LED_cdev, &led_fops);
/*3.向LED_cdev添加设备*/
cdev_add(&LED_cdev,dev_id, 1);
//major = register_chrdev(0,DEVICE_NAME,&led_fops);
//if(major < 0)
//{
// printk("register_chrdev error %d\n",major);
// return major;
//}
//4.创建一个LED类
led_class = class_create(THIS_MODULE,"led_class");
//5.在LED类下面创建一个LED设备 然后mdev通过这个自动创建/dev/"DEVICE_NAME"
led_device = device_create(led_class,NULL,dev_id,NULL,DEVICE_NAME);
printk("module init ok\n");
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
/*1.删除LED_cdev结构体*/
cdev_del(&LED_cdev);
/*2.注销设备 cat /proc/devices下不可见*/
//unregister_chrdev(major, DEVICE_NAME);
unregister_chrdev_region(dev_id,1);
/*3.删除LED设备*/
device_destroy(led_class, dev_id);
/*4.删除LED类*/
class_destroy(led_class);
printk("module exit ok\n");
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("xzx2020"); 3.测试
将上述驱动文件，编译生成.ko文件在开发板上测试。
首先看下/dev下有么有LED设备节点
此时没有任何LED设备节点，然后再加载驱动。
驱动加载成功，我们再到/dev下看看
已经自动生成了设备设备节点，主设备号250，次设备号0.
最后，我们再卸载掉这个驱动，并再次查看/dev和/proc/devices
都没有“imx283_led”这个设备存在，说明已经被删除掉了。
4.总结
1.实际上新的设备注册方法就是将以前的拆分罢了。
register_chrdev()原型如下：
2.如果有多个同一类型的设备怎么注册？比如说有4个LED需要控制？
有两种方法，第一种当然是有几个设备就注册几个设备号，这样肯定没问题，但是如果设备数量很多，这种方法就不可取了。
第二种就是利用次设备号，这些设备共享一个主设备号，用次设备号区分彼此。
驱动程序中注册和注销函数就要作如下修改，这里以4个LED为例：
static int major;//主设备号
static struct device *led_device[4];//4个设备static int __init led_init(void)
{
unsigned char i;
/*1.申请或者指定主设备号 此处由内核动态分配设备号*/
alloc_chrdev_region(&dev_id, 0, 4, DEVICE_NAME);//需要分配4个次设备号，0，1，2，3
major = MAJOR(dev_id);//取出主设备号
/*2.初始化 LED_DEV结构体*/
cdev_init(&LED_cdev, &led_fops);
/*3.向LED_cdev添加设备*/
cdev_add(&LED_cdev,dev_id, 4);//添加4个设备
//4.创建一个LED类
led_class = class_create(THIS_MODULE,"led_class");
//5.在LED类下面创建一个LED设备 然后mdev通过这个自动创建/dev/"DEVICE_NAME"
for(i=0;i<4;i++)//创建4个设备
{
led_device[i] = device_create(led_class,NULL,MKDEV(major, i),NULL,"imx283_led%d",i);
}
printk("module init ok\n");
return 0;
}static void __exit led_exit(void)
{
unsigned char i;
/*1.删除LED_cdev结构体*/
cdev_del(&LED_cdev);
/*2.注销设备 cat /proc/devices下不可见*/
unregister_chrdev_region(dev_id,4);
/*3.删除LED设备*/
for(i=0;i<4;i++)
{
device_destroy(led_class, MKDEV(major, i));
}
/*4.删除LED类*/
class_destroy(led_class);
printk("module exit ok\n");
}编译生成.ko文件，用insmod加载，查看cat /proc/devices
只生成了1个LED设备，原因是这4个LED共享一个主设备号，同时也共享一个file_operations结构体，它们只是名字和次设备号不同，再查看下/dev目录：
那么它们既然共享同一个file_operations结构体，那该如何单独控制每一个LED呢？
file_operations结构体的write函数、read函数和open函数的入口参数都可以取出LED的设备号
//write函数
static int led_write(struct file *filp,
const char __user *buf,
size_t count,
loff_t *f_pos)
//read函数
static ssize_t led_read(struct file *filp,
const char __user *buf,
size_t count,
loff_t *f_pos)
int minor =MINOR(filp->f_path.dentry->d_inode->i_rdev);//取出次设备号
static int led_open(struct inode *inode ,struct file *flip)//open 函数
int minor = MINOR(inode->i_rdev);//取出次设备号
//int minor = iminor(inode);//取出次设备号
这样在应用程序中，调用open(/dev/led1)时，上面取出的minor=1，open(/dev/led3),上面的minor=3.write调用也是类似的情况，这样驱动程序只要根据不同的次设备号对相应的LED进行操作，就可以实现同一套驱动控制多个同类设备，且没有占用多个主设备号。
本文参考：
1.《嵌入式Linux应用完全开发手册》
2.《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.0》
3.分析Linux驱动函数register_chrdev_region