Linux字符设备驱动程序 eg.leds驱动程序

一般来说，Linux设备驱动程序的大致流程如下：
（1）查看原理图，数据手册，了解设备操作方法、
（2）在内核中找到相近的驱动程序，以它为模板进行开发，有时候需从零开始。
（3）实现驱动程序初始化函数和卸载函数：module_init(),module_exit()。
（4）填充file_operations类型的数据结构（在内核include/linux/fs.h）中需要的操作。

/*
 * NOTE:
 * all file operations except setlease can be called without
 * the big kernel lock held in all filesystems.
 */
struct file_operations {
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
    ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
    int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
    unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
    long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
    int (*open) (struct inode *, struct file *);
    int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
    int (*release) (struct inode *, struct file *);
    int (*fsync) (struct file *, int datasync);
    int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
    int (*fasync) (int, struct file *, int);
    int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
    unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
    int (*check_flags)(int);
    int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
    ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
    int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
};

（5）看是否需要实现中断服务。
（6）编译该驱动程序到内核中，或者用insmod命令加载。
（6）驱动程序的应用。

eg.
leds.c驱动程序，FROM此书

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>

#define DEVICE_NAME     "leds"  /* 加载模式后，执行”cat /proc/devices”命令看到的设备名称 */
#define LED_MAJOR       231     /* 主设备号 */

/* 应用程序执行ioctl(fd, cmd, arg)时的第2个参数 */
#define IOCTL_LED_ON    0
#define IOCTL_LED_OFF   1

/* 用来指定LED所用的GPIO引脚 */
static unsigned long led_table [] = {
    S3C2410_GPB5,
    S3C2410_GPB6,
    S3C2410_GPB7,
    S3C2410_GPB8,
};

/* 用来指定GPIO引脚的功能：输出 */
static unsigned int led_cfg_table [] = {
    S3C2410_GPB5_OUTP,
    S3C2410_GPB6_OUTP,
    S3C2410_GPB7_OUTP,
    S3C2410_GPB8_OUTP,
};

/* 应用程序对设备文件/dev/leds执行open(...)时，
 * 就会调用s3c24xx_leds_open函数
 */
static int s3c24xx_leds_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;

    for (i = 0; i < 4; i++) {
        // 设置GPIO引脚的功能：本驱动中LED所涉及的GPIO引脚设为输出功能
        s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i], led_cfg_table[i]);
    }
    return 0;
}

/* 应用程序对设备文件/dev/leds执行ioclt(...)时，
 * 就会调用s3c24xx_leds_ioctl函数
 */
static int s3c24xx_leds_ioctl(
    struct inode *inode,
    struct file *file,
    unsigned int cmd,
    unsigned long arg)
{
    if (arg > 4) {
        return -EINVAL;
    }

    switch(cmd) {
    case IOCTL_LED_ON:
        // 设置指定引脚的输出电平为0
        s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg], 0);
        return 0;

    case IOCTL_LED_OFF:
        // 设置指定引脚的输出电平为1
        s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg], 1);
        return 0;

    default:
        return -EINVAL;
    }
}

/* 这个结构是字符设备驱动程序的核心
 * 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数，
 * 最终会调用这个结构中指定的对应函数
 */
static struct file_operations s3c24xx_leds_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   s3c24xx_leds_open,
    .ioctl  =   s3c24xx_leds_ioctl,
};

/*
 * 执行“insmod s3c24xx_leds.ko”命令时就会调用这个函数
 */
static int __init s3c24xx_leds_init(void)
{
    int ret;

    /* 注册字符设备驱动程序
     * 参数为主设备号、设备名字、file_operations结构；
     * 这样，主设备号就和具体的file_operations结构联系起来了，
     * 操作主设备为LED_MAJOR的设备文件时，就会调用s3c24xx_leds_fops中的相关成员函数
     * LED_MAJOR可以设为0，表示由内核自动分配主设备号
     */
    ret = register_chrdev(LED_MAJOR, DEVICE_NAME, &s3c24xx_leds_fops);
    if (ret < 0) {
      printk(DEVICE_NAME " can't register major number\n");
      return ret;
    }

    printk(DEVICE_NAME " initialized\n");
    return 0;
}

/*
 * 执行”rmmod s3c24xx_leds.ko”命令时就会调用这个函数
 */
static void __exit s3c24xx_leds_exit(void)
{
    /* 卸载驱动程序 */
    unregister_chrdev(LED_MAJOR, DEVICE_NAME);
}

/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
module_init(s3c24xx_leds_init);
module_exit(s3c24xx_leds_exit);

/* 描述驱动程序的一些信息，不是必须的 */
MODULE_AUTHOR("");             // 驱动程序的作者
MODULE_DESCRIPTION("S3C2410/S3C2440 LED Driver");   // 一些描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");                              // 遵循的协议

leds_test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

#define IOCTL_LED_ON    0
#define IOCTL_LED_OFF   1

void usage(char *exename)
{
    printf("Usage:\n");
    printf("    %s  \n", exename);
    printf("    led_no = 1, 2, 3 or 4\n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
    unsigned int led_no;
    int fd = -1;

    if (argc != 3)
        goto err;

    fd = open("/dev/leds", 0);  // 打开设备
    if (fd < 0) {
        printf("Can't open /dev/leds\n");
        return -1;
    }

    led_no = strtoul(argv[1], 0, 0) - 1;    // 操作哪个LED？
    if (led_no > 3)
        goto err;

    if (!strcmp(argv[2], "on")) {
        ioctl(fd, IOCTL_LED_ON, led_no);    // 点亮它
    } else if (!strcmp(argv[2], "off")) {
        ioctl(fd, IOCTL_LED_OFF, led_no);   // 熄灭它
    } else {
        goto err;
    }

    close(fd);
    return 0;

err:
    if (fd > 0)
        close(fd);
    usage(argv[0]);
    return -1;
}

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