linux下的字符设备驱动

Linux字符设备驱动程序的一个简单示例

一.开发环境：

主  机：VMWare--Fedora 9

开发板：友善之臂mini2440--256MB Nandflash 

编译器：arm-linux-gcc-4.3.2

 

二.驱动源码：

该源码很浅显易懂，非常适合初学者。

memdev.h

#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_
 
#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 254   /*预设的mem的主设备号*/
#endif
 
#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
#endif
 
#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif
 
/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev                                    
{                                                       
  char *data;                     
  unsignedlong size;      
};
 
#endif /* _MEMDEV_H_ */
memdev.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>
 
#include "memdev.h"
 
static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
 
module_param(mem_major,int, S_IRUGO);
 
struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
 
struct cdev cdev; 
 
/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct mem_dev *dev;
     
    /*获取次设备号*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);
 
    if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) 
            return -ENODEV;
    dev = &mem_devp[num];
     
    /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
    filp->private_data = dev; //方便以后对该指针的使用
     
    return 0;
}
 
/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}
 
/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsignedlong p =  *ppos;
  unsignedint count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
 
  /*判断读位置是否有效*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE) //超出读取范围，返回0表示读取不到数据
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;
 
  /*读数据到用户空间*/
  if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
  {
    ret =  - EFAULT;
  }
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
     
    printk(KERN_INFO"read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }
 
  return ret;
}
 
/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsignedlong p =  *ppos;
  unsignedint count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
   
  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;
     
  /*从用户空间写入数据*/
  if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
    ret =  - EFAULT;
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
     
    printk(KERN_INFO"written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }
 
  return ret;
}
 
/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
    loff_t newpos;
 
    switch(whence) {
      case 0:/* SEEK_SET */
        newpos = offset;
        break;
 
      case 1:/* SEEK_CUR */
        newpos = filp->f_pos + offset;
        break;
 
      case 2:/* SEEK_END */
        newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
        break;
 
      default:/* can't happen */
        return -EINVAL;
    }
    if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
        return -EINVAL;
         
    filp->f_pos = newpos;
    return newpos;
 
}
 
/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .llseek = mem_llseek,
  .read = mem_read,
  .write = mem_write,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
};
 
/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
  int result;
  int i;
 
  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
 
  /* 静态申请设备号*/
  if (mem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
  else  /* 动态分配设备号 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
    mem_major = MAJOR(devno);
  } 
   
  if (result < 0)
    return result;
 
  /*初始化cdev结构*/
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);//使cdev与mem_fops联系起来
  cdev.owner = THIS_MODULE;//owner成员表示谁拥有这个驱动程序，使“内核引用模块计数”加1；THIS_MODULE表示现在这个模块被内核使用，这是内核定义的一个宏
  cdev.ops = &mem_fops;
   
  /* 注册字符设备 */
  cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
    
  /* 为设备描述结构分配内存*/
  mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);//目前为止我们始终用GFP_KERNEL
  if (!mem_devp)   /*申请失败*/
  {
    result =  - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
  memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
   
  /*为设备分配内存*/
  for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) 
  {
        mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
        mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);//分配出来的地址存在此
        memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
  }
     
  return 0;
 
  fail_malloc:
  unregister_chrdev_region(devno, 1);
   
  return result;
}
 
/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev);  /*注销设备*/
  kfree(mem_devp);    /*释放设备结构体内存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}
 
MODULE_LICENSE("GPL");
 
module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

三.编译源码

　　1.把这两个驱动源文件复制进内核linux-2.6.32.2/drivers/char目录下

　　2.修改该目录下的Kconfig文件添加

config MEMDEV_DRIVER
        tristate "memdev driver"

　　3.修改该目录下的Makefile文件,依葫芦画瓢，添加

　　　　obj-$(CONFIG_HELLO_DRIVER)   +=  memdev.o

　　　　至此，文件以添加进内核。

　　4.到Linux-2.6.32.2源代码根目录下执行

　　　　make menuconfig

　　　　在字符设备中找到菜单项“memdev driver“，就是我们刚才添加的驱动模块，选为M

　　5.在Linux-2.6.32.2源代码根目录下执行

　　　　make modules

　　　　就能生成内核模块文件memdev.ko

　　至此，我们已经完成驱动模块的编译。

四.把驱动下载到开发版并安装

　　1.把memdev.ko 下载到开发板，并移到/lib/modules/2.6.29.4-FriendlyARM目录下，然后在开发板中执行　

　　#modprobe memdev

　　(注意用modprobe命令不需要.ko后缀，rmmod也是如此，这个经常会忘记)

　　当然你也可以用insmod命令：insmod memdev.ko

　　2.创建设备文件节的

　　　　#mknod  /dev/memdev0  c  254  0

五.测试

测试代码如下：

app_mem.c

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    FILE *fp0 = NULL;
    char Buf[4096];
     
    /*初始化Buf*/
    strcpy(Buf,"Mem is char dev!");
    printf("BUF: %s\n",Buf);
     
    /*打开设备文件*/
    fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+");
    if (fp0 == NULL)
    {
        printf("Open Memdev0 Error!\n");
        return -1;
    }
     
    /*写入设备*/
    fwrite(Buf,sizeof(Buf), 1, fp0);
     
    /*重新定位文件位置（思考没有该指令，会有何后果)*/
    fseek(fp0,0,SEEK_SET);
     
    /*清除Buf*/
    strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
    printf("BUF: %s\n",Buf);
     
     
    /*读出设备*/
    fread(Buf,sizeof(Buf), 1, fp0);
     
    /*检测结果*/
    printf("BUF: %s\n",Buf);
     
    return 0;  
 
}

把程序交叉编译后传到板子上执行

程序输出结果如下：

　　

结果和预想的一样。

 

 

六.总结

　　我原本并没打算把他下载到开发板上运行，以为在虚拟机上就可以运行了，但是insmod的时候老是出现一个错误

insmod error inserting 'memdev.ko': -1 Invalid module format

　　后来在网上查了一些资料，这个错误可能是因为内核代码树与内核不一样，我用uname -a 查看了一下，发现我的内核版本是2.6.25-14。另外我用file命令查看了一下生成的memdev.ko 文件，发现是编译成了ARM平台上的文件。我的开发板的内核是和内核代码树一样的，于是还是下载到了板子上实验，在板子上没有出现刚才的错误。