自制简单字符型设备驱动程序——LED驱动

这周抽空学以致用，参考LDD3及嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发这两本书，结合自己的开发板，做了LED驱动的程序，自己写程序和看书感觉真的是不一样啊，过程中犯了不少错误，但最终还是完成了程序，很高兴！

硬件平台：tq2440

内核版本：2.6.30.4

1. 硬件介绍

下面首先介绍一下我的开发板的接线，我的开发板是天嵌公司的tq2440，它的LED接线如图所示： 

其中，nLED_1接S3C2440的GPB5引脚，其他依次接GPB6,GPB7,GPB8，低电平时LED点亮。这些条件就够我们写驱动使用了。

2. LED驱动程序

把程序分成几块分别说明一下。首先是最前面的一部分，这一部分主要是头文件及调试用的预定义，同时定义了一些参数，默认情况下，主次设备号均为0，有4个LED，同时给出了一个关键的结构，我的LED设备的结构，它包含了LED所接的引脚信息，LED的状态，信号量及一个标志他是字符型设备的cdev结构。

#include <linux/module.h>                    
#include <linux/init.h>
#include <mach/regs-gpio.h>               /*S3C2410_GPB5_OUTP and S3C2410_GPB5*/
#include <linux/kernel.h>                     /*printk*/
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>                      /*size_t and atomic_t*/
#include <linux/cdev.h>                       /*cdev*/
#include <mach/hardware.h>               /*s3c2410_gpio_cfgpin and s3c2410_gpio_setpin*/
#include <asm/uaccess.h>                   /*copy_*_user*/

/*for debug use*/
#undef DEBUG                                          
//#define DEBUG
#ifdef DEBUG
#define PRINTK printk("Success!\n")
#else
#define PRINTK
#endif

/*LED start pin*/
#define LEDSTARTPIN S3C2410_GPB5

int yjpLED_major = 0;
int yjpLED_minor = 0;
int nr_LED = 4;

module_param(yjpLED_major, int, S_IRUGO);
module_param(yjpLED_minor, int, S_IRUGO);
module_param(nr_LED, int, S_IRUGO);

struct yjpLED
{
	unsigned int LEDpin;
	unsigned char status;
	struct semaphore sem;
	struct cdev cdev;
};

struct yjpLED *yjpLEDs;

最后面的一部分，是一些协议信息及作者信息，但最关键的在与还指出了初始化函数及退出函数。

module_init(yjpLED_init);
module_exit(yjpLED_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Yjp");

下面先看我的初始化函数

int __init yjpLED_init(void)
{
	int result, i;
	dev_t dev;
	
	if(yjpLED_major){
		dev = MKDEV(yjpLED_major, yjpLED_minor);
		result = register_chrdev_region(dev, nr_LED, "yjpLED");
	}else{
		result = alloc_chrdev_region(&dev, yjpLED_minor, nr_LED, "yjpLED");
		yjpLED_major=MAJOR(dev);
	}
	if(result < 0){
		printk(KERN_ALERT "yjpLED: can't get major %d\n", yjpLED_major);
		return result; 
	}

	yjpLEDs = kmalloc(nr_LED * sizeof(struct yjpLED), GFP_KERNEL);
	
	if (!yjpLEDs) {
		result = -ENOMEM;
		goto fail; 
		
	memset(yjpLEDs, 0, nr_LED * sizeof(struct yjpLED));
	}
	
	for(i = 0; i < nr_LED; i++){	
		yjpLEDs[i].LEDpin= LEDSTARTPIN + i; 
		yjpLEDs[i].status = 1;
	}

	for(i = 0; i < nr_LED; i++){
		s3c2410_gpio_cfgpin(yjpLEDs[i].LEDpin, S3C2410_GPB5_OUTP << (i*2));
		s3c2410_gpio_setpin(yjpLEDs[i].LEDpin, yjpLEDs[i].status);
		init_MUTEX(&yjpLEDs[i].sem);
		setup_yjpLED_cdev(&yjpLEDs[i].cdev, i);
	}

	if (!yjpLEDs) {
		result = -ENOMEM;
		goto fail;  
	}

	printk(KERN_ALERT "yjpLED init!\n");
	
	return result;
	
	fail:
		yjpLED_exit();
		
	return result;
}

该函数完成的工作为：

1. 注册设备，为设备分配设备号。注册成功后，在/proc/devices下就可以看到设备了。

2. 为设备结构分配空间，并初始化为0.

3. 硬件初始化。

4. cdev结构的初始化。

其中，cdev结构初始化由下面的函数完成：

void setup_yjpLED_cdev(struct cdev *cdev, int index)
{
	int err, devno = MKDEV(yjpLED_major, yjpLED_minor + index);
	
	cdev_init(cdev, &yjpLED_fops);
	(*cdev).owner = THIS_MODULE;
	err = cdev_add(cdev, devno, 1);
	PRINTK;

	if(err){
		printk(KERN_ALERT "Error %d adding yjpLED%d", err, index);
	}
}

初始化了cdev的必要的成员，并激活cdev。LED已经“活”了。下面看退出函数：

void __exit yjpLED_exit(void)
{
	int i, devno = MKDEV(yjpLED_major, yjpLED_minor);
	
	if(yjpLEDs){
		for(i = 0; i < nr_LED; i++){
			cdev_del(&yjpLEDs[i].cdev);
			PRINTK;
		}
		kfree(yjpLEDs);
	}
	printk(KERN_ALERT "yjpLED exit!\n");
	
	unregister_chrdev_region(devno, nr_LED);	
}

删除每个设备的cdev结构并注销设备。

然后看一下关键的结构体，file_operations

struct file_operations yjpLED_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.write = yjpLED_write,
	.open = yjpLED_open,
	.release = yjpLED_release,
};

定义了设备的打开，读及写操作。open操作的函数：

int yjpLED_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	struct yjpLED *dev;
	
	dev = container_of(inode->i_cdev, struct yjpLED, cdev);
	filp->private_data = dev;
	PRINTK;

	return 0;
}

将所打开的设备的指针存放在代表打开文件的指针filp的private_data成员中，以便其他操作函数使用。

release操作：

int yjpLED_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = NULL;
	return 0;
}

释放由open分配的保存在filp->private_data中的所用内容。

write操作：

ssize_t yjpLED_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{	
	ssize_t retval;
	struct yjpLED *dev;

	dev = filp->private_data;

	if(down_interruptible(&dev->sem))
		return -ERESTARTSYS;	
	
	if(copy_from_user(&dev->status, buf, sizeof(dev->status)))
	{
		printk(KERN_ALERT "after copy but error!\n");
		retval = -EFAULT;
		goto out;
	}
	retval = sizeof(dev->status);

	dev->status =~ (dev->status) & 1;
	
	s3c2410_gpio_setpin(dev->LEDpin, dev->status);
	PRINTK;

	out:
		up(&dev->sem);
		return retval;
}

完成的工作主要有：

1. 获取设备信号量，防止竞态发生。

2. 从用户空间获取数据，如果成功则置位相应的引脚，否则释放信号量并退出。

以上就是整个程序，将其复制到内核目录下的drivers/char/，然后修改该目录下的Kconfig文件和Makefile文件，编译出模块yjpLED.ko，将其复制到文件系统的/lib/目录下，注意要修改权限为可执行。

这里为了方便加载模块，还修改了LDD3中的scull_load脚本，也将其复制到文件系统/lib目录下，修改权限为可执行，该脚本内容如下：

#!/bin/sh
# $Id: scull_load,v 1.4 2004/11/03 06:19:49 rubini Exp $
module="yjpLED"
device="yjpLED"
mode="664"
group="root"

# invoke insmod with all arguments we got
# and use a pathname, as insmod doesn't look in . by default
/sbin/insmod ./$module.ko $* || exit 1

# retrieve major number
major=$(awk "\$2==\"$module\" {print \$1}" /proc/devices)

# Remove stale nodes and replace them, then give gid and perms
# Usually the script is shorter, it's scull that has several devices in it.

rm -f /dev/${device}[0-3]
mknod /dev/${device}0 c $major 0
mknod /dev/${device}1 c $major 1
mknod /dev/${device}2 c $major 2
mknod /dev/${device}3 c $major 3

chgrp $group /dev/${device}[0-3] 
chmod $mode  /dev/${device}[0-3]

启动开发板，进入/lib目录，加载模块并运行，测试使用echo命令向设备文件写入，写入单数点亮对应的LED，写入双数关闭对应的LED。

如echo -n 1 > /dev/yjpLED2 点亮第三个LED(从0开始编号)

而echo -n 2 > /dev/yjpLED2 则关闭第三个LED。