Linux 驱动开发基础知识—— LED 驱动程序框架（四）
个人名片：
作者简介：一名喜欢分享和记录学习的在校大学生
个人主页：妄北y个人QQ：2061314755
个人邮箱：[email protected]
个人WeChat：Vir2021GKBS
本文由妄北y原创，首发CSDN
座右铭：大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。
专栏导航：
妄北y系列专栏导航:
C/C++的基础算法：C/C++是一种常用的编程语言，可以用于实现各种算法，这里我们对一些基础算法进行了详细的介绍与分享。
QT基础入门学习：对QT的基础图形化页面设计进行了一个简单的学习与认识，利用QT的基础知识进行了翻金币小游戏的制作
Linux基础编程：初步认识什么是Linux，为什么学Linux，安装环境，进行基础命令的学习，入门级的shell编程。
Linux应用开发基础开发：分享Linux的基本概念、命令行操作、文件系统、用户和权限管理等，网络编程相关知识，TCP/IP 协议、套接字（Socket）编程等，可以实现网络通信功能。
Linux项目开发：Linux基础知识的实践，做项目是最锻炼能力的一个学习方法，这里我们会学习到一些简单基础的项目开发与应用，而且都是毕业设计级别的哦。
非常期待和您一起在这个小小的互联网世界里共同探索、学习和成长。 ✨✨ 欢迎订阅本专栏 ✨✨
文章介绍：
本篇文章对Linux驱动基础知识学习的相关知识进行分享！
内核驱动部分的维护者，往往为同类的设备（比如LED、LCD、蜂鸣器等等）设计了一个成熟的、标准的、典型的框架。他们将同类设备的驱动中通用的一些功能抽离出来，作为驱动框架中的核心层，然后设计好核心层与具体操作层的接口，让驱动开发者来实现具体操作层。
如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！
感谢大家点赞收藏⭐评论✍️
目录：
一、回顾字符设备驱动程序框架
二、LED驱动程序
2.1 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？
2.2 LED 驱动能支持多个板子的基础：分层思想
三、代码分析
3.1 leddrv.c
3.2 led_opr.h
3.3 board_demo.c
3.4 Makefile
3.5 ledtest.c
四、上机测试
4.1编译
4.2 挂载到开发板
4.3.实验效果
一、回顾字符设备驱动程序框架
驱动层访问硬件外设寄存器依靠的是 ioremap 函数去映射到寄存器地址，然后开始控制寄存器。
（1）确定主设备号，也可以让内核分配；
（2）定义自己的 file_operations 结构体，这是核心；
（3）实现对应的 drv_open / drv_read / drv_write 等函数，填入 file_operations 结构体；
（4） 把 file_operations 结构体告诉内核：通过 register_chrdev 函数；
（5）谁来注册驱动程序？需要一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个 入口函数；
（6）有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序是，出口函数调用 unregister_chrdev;
（7）其它完善：提供设备信息，自动创建设备节点： class_create,device_create
二、LED驱动程序
2.1 对于 LED 驱动，我们想要什么样的接口？
2.2 LED 驱动能支持多个板子的基础：分层思想
（1）把驱动拆分为通用的框架(leddrv.c)、具体的硬件操作(board_X.c)：
（2）以面向对象的思想，改进代码，抽象出一个结构体：
struct led_operations {
int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */
int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};每个单板相关的 board_X.c 实现自己的 led_operations 结构体，供上层的 leddrv.c 调用：
三、代码分析
在hello驱动程序的基础上进行增添优化修改
驱动程序分为上下两层：leddrv.c、board_demo.c。leddrv.c 负责注册 file_operations 结构体，它的 open/write 成员会调用 board_demo.c 中提供的硬件 led_opr 中的对应函数。
3.1 leddrv.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "led_opr.h"
#define LED_NUM 2
/* 1. 确定主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
struct led_operations *p_led_opr;
#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)
/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
char status;
struct inode *inode = file_inode(file);
int minor = iminor(inode);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = copy_from_user(&status, buf, 1);
/* 根据次设备号和status控制LED */
p_led_opr->ctl(minor, status);
return 1;
}
static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
int minor = iminor(node);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
/* 根据次设备号初始化LED */
p_led_opr->init(minor);
return 0;
}
static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* 2. 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations led_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_drv_open,
.read = led_drv_read,
.write = led_drv_write,
.release = led_drv_close,
};
/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */
/* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
int err;
int i;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led */
led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
err = PTR_ERR(led_class);
if (IS_ERR(led_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "100ask_led");
return -1;
}
for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */
p_led_opr = get_board_led_opr();
return 0;
}
/* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{
int i;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */
device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(led_class);
unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
上层是 leddrv.c，它的核心是 file_operations 结构体
第20行：LED灯的个数
第37~78行：file_operations 结构体的成员函数
第 49 行、第 60 行，会调用 led_operations 结构体中对应的函数。
/* write(fd, &val, 1); */ static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) { int err; char status; struct inode *inode = file_inode(file); int minor = iminor(inode); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); err = copy_from_user(&status, buf, 1); /* 根据次设备号和status控制LED */ p_led_opr->ctl(minor, status); return 1; } static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file) { int minor = iminor(node); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); /* 根据次设备号初始化LED */ p_led_opr->init(minor); return 0; } static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); return 0; } /* 2. 定义自己的file_operations结构体 */ static struct file_operations led_drv = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_drv_open, .read = led_drv_read, .write = led_drv_write, .release = led_drv_close, };
第80~105行：驱动程序的上层：file_operations 结构体
第 88 行向内核注册一个 file_operations 结构体。
第99~100行：创建多个次设备号
第 102 行从底层硬件相关的代码 board_demo.c 中获得 led_operaions 结构体。 、
/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */ /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ static int __init led_init(void) { int err; int i; printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led */ led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class"); err = PTR_ERR(led_class); if (IS_ERR(led_class)) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); unregister_chrdev(major, "100ask_led"); return -1; } for (i = 0; i < LED_NUM; i++) device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */ p_led_opr = get_board_led_opr(); return 0; }
第37~52行：led_drv_write
第41行：监测当前状态
第42行：获得次设备号，inode从file中获取
第46行：将buf中的数据拷贝1个字节到status中
第49行：根据次设备号和status控制LED
第54~63行：led_drv_open
第56行：获得次设备号，inode从node中获取
第60行：根据次设备号初始化LED
第82~105行：led_init
第102行：入口函数中获得结构体指针
3.2 led_opr.h
led_opr.h，它定义了一个 led_operations 结构体，把 LED 的操作抽象为这个结构体：
#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H
struct led_operations {
int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */
int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};
struct led_operations *get_board_led_opr(void);
#endif
3.3 board_demo.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "led_opr.h"
static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */
{
printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
return 0;
}
static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
return 0;
}
static struct led_operations board_demo_led_opr = {
.init = board_demo_led_init,
.ctl = board_demo_led_ctl,
};
struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
return &board_demo_led_opr;
}
3.4 Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
100ask_led-y := leddrv.o board_demo.o
obj-m += 100ask_led.o
3.5 ledtest.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*
* ./ledtest /dev/100ask_led0 on
* ./ledtest /dev/100ask_led0 off
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
char status;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s \n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 写文件 */
if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
{
status = 1;
write(fd, &status, 1);
}
else
{
status = 0;
write(fd, &status, 1);
}
close(fd);
return 0;
}
第 26 行打开设备节点。
如果用户想点亮 LED，第 37 行会把值“1”通过 write 函数写入驱动程序。
如果用户想熄灭 LED，第 42 行会把值“0”通过 write 函数写入驱动程序。
四、上机测试
4.1编译
编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。
cp 100ask_led.ko ledtest ~/nfs_rootfs/
4.2 挂载到开发板
在开发板上挂载 NFS
4.3 测试
最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：
[root@100ask:~]# insmod /mnt/led_drv.ko //安装驱动
[root@100ask:~]# lsmod //查询驱动
[root@100ask:~]# rmmod /mnt/led_drv.ko //卸载驱动
[root@100ask:~]# ls / /dev/100ask_led* -l //查询设备
[root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 on // 点灯
[root@100ask:~]# /mnt/ledtest /dev/100ask_led0 off // 关灯
[root@100ask:~]# demsg //查看内核信息
大佬觉得有用的话点个赞 呗。
❤️❤️❤️本人水平有限，如有纰漏，欢迎各位大佬评论批评指正！如果觉得这篇文对你有帮助的话，也请给个点赞、收藏下吧，非常感谢!
任务在无形中完成，价值在无形中升华,让我们一起加油吧！
