Linux 驱动开发基础知识—— 驱动设计的思想（六）

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文章介绍：

本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享！

Linux驱动设计思想的核心在于模块化、可重用、高度抽象和多层次结构，使用分离思想、分层设计思想、机与外设分隔思想等以确保在不同硬件平台上提供一致的。

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！！！

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目录：

目录

一、设计思想

1.1 面向对象

1.2 分层

1.3 分离 

 二、代码分析

2.1  led_resource.h

2.2 board_A_led.c

 2.3  chip_demo_gpio.c

2.4 Makefile

2.5 ledtest 

三、上机测试  

3.1编译

 3.2 挂载到开发板 

3.3 测试 

3.4 结果 

---

一、设计思想

1.1 面向对象

        字符设备驱动程序抽象出一个 file_operations 结构体；

        硬件程序针对硬件部分抽象出 led_operations 结构体。

1.2 分层

        上下分层，比如我们前面写的 LED 驱动程序就分为 2 层：

        上层实现硬件无关的操作，比如注册字符设备驱动：leddrv.c

        下层实现硬件相关的操作，比如 board_A.c 实现单板 A 的 LED 操作

1.3 分离 

        在 board_A.c 中，实现了一个 led_operations，为 LED 引脚实现了初始化函数、控制函数：

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
    .num = 1,
    .init = board_demo_led_init,
    .ctl = board_demo_led_ctl,
};

        如果硬件上更换一个引脚来控制 LED 怎么办？你要去修改上面结构体中的 init、ctl 函数。

         实际情况是，每一款芯片它的 GPIO 操作都是类似的。比如：GPIO1_3、 GPIO5_4 这 2 个引脚接到 LED：

        （1）GPIO1_3 属于第 1 组，即 GPIO1。

                 a) 有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio1。

                 b) 设置为 output 引脚：修改 GPIO1 的 DIR 寄存器的 bit3。

                 c) 设置输出电平：修改 GPIO1 的 DR 寄存器的 bit3。

       （2） GPIO5_4 属于第 5 组，即 GPIO5。

                a) 有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio5。

                b) 设置为 output 引脚：修改 GPIO5 的 DIR 寄存器的 bit4。

                c) 设置输出电平：修改 GPIO5 的 DR 寄存器的 bit4。

        既然引脚操作那么有规律，并且这是跟主芯片相关的，那可以针对该芯片写 出比较通用的硬件操作代码。

        比如 board_A.c 使用芯片 chipY，那就可以写出：chipY_gpio.c，它实现芯片 Y 的 GPIO 操作，适用于芯片 Y 的所有 GPIO 引脚。

        使用时，我们只需要在 board_A_led.c 中指定使用哪一个引脚即可。程序结构如下：

        以面向对象的思想，在 board_A_led.c 中实现 led_resouce 结构体，它定义“资源”──要用哪一个引脚。

         在 chipY_gpio.c 中仍是实现 led_operations 结构体，它要写得更完善， 支持所有 GPIO。 

 二、代码分析

        程序仍分为上下结构：

        上层 leddrv.c 向内核注册 file_operations 结构体；下层 chip_demo_gpio.c 提供 led_operations 结构体来操作硬件。

        下层的代码分为 2 个：chip_demo_gpio.c 实现通用的 GPIO 操作， board_A_led.c 指定使用哪个 GPIO，即“资源”。

2.1  led_resource.h

        led_resource.h 中定义了 led_resource 结构体，用来描述 GPIO：

#ifndef _LED_RESOURCE_H
#define _LED_RESOURCE_H

/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0]  = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x)   (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))

struct led_resource {
	int pin;
};

struct led_resource *get_led_resouce(void);

#endif

2.2 board_A_led.c

        board_A_led.c 指定使用哪个 GPIO，它实现一个 led_resource 结构体,并提供访问函数：

        当我们以后换了开发板我们只需要修改这里的资源函数

#include "led_resource.h"

static struct led_resource board_A_led = {
	.pin = GROUP_PIN(3,1),
};

struct led_resource *get_led_resouce(void)
{
	return &board_A_led;
}

第5行：表示第3组第1个引脚

.pin = GROUP_PIN(3,1)

 第8~11行：便于访问这里的变量

 2.3  chip_demo_gpio.c

        chip_demo_gpio.c 中，首先获得 board_A_led.c 实现的 led_resource 结构体，然后再进行其他操作。

#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "led_opr.h"
#include "led_resource.h"

static struct led_resource *led_rsc;
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);
	if (!led_rsc)
	{
		led_rsc = get_led_resouce();
	}
	
	printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));
	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("init pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("init pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("init pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("init pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}
	
	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");
	printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));

	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("set pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("set pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("set pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("set pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}

	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;
}

第26行：先获得 board_A_led.c 实现的 led_resource 结构体

第29~52行：查看初始化的GPIO哪一组

printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));
	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("init pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("init pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("init pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("init pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}

第60~84行：查看控制GPIO哪一组 

	printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));

	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("set pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("set pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("set pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("set pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}

2.4 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 chip_demo_gpio.o board_A_led.o
obj-m	+= 100ask_led.o

2.5 ledtest 

#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;
}

三、上机测试  

3.1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/

 3.2 挂载到开发板 

在开发板上挂载 NFS 

 

3.3 测试 

最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：

echo "7    4    1    7" > /proc/sys/kernel/printk      //调整内核printk的打印级别

 

3.4 结果 

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