6ull驱动记录--字符设备驱动开发基本框架

embedded/2024/12/22 14:59:19/

1、字符设备驱动开发

1.1 字符设备

字符设备是Linux驱动中最基本的设备驱动，所谓的字符设备就是按照字节流（一个一个字节）进行读写操作的设备。常见的字符设备有点灯、LED、按键、IIC、SPI、LCD等等。

1.2 字符设备的实现

要实现一个字符设备程序，需要包括驱动模块加载、字符设备、实现的具体操作函数、LICENSE

1.2.1 驱动模块的加载和卸载

函数介绍：

Linux 驱动有两种运行方式：

第一种是将驱动编译进 Linux 内核中，这样当 Linux 内核启动的时候就会自动运行驱动程序。

第二种是将驱动编译成模块(Linux 下模块扩展名为.ko)，在Linux 内核启动以后使用“insmod”命令加载驱动模块。（常用）

模块有加载和卸载两种操作，我们在编写驱动的时候需要注册这两种操作函数，模块的加载和卸载注册函数如下

module_init(xxx_init); //注册模块加载函数 
module_exit(xxx_exit); //注册模块卸载函数
说明：

module_init 函数用来向 Linux 内核注册一个模块加载函数，参数 xxx_init 就是需要注册的具体函数，当使用“insmod”命令加载驱动的时候，xxx_init 这个函数就会被调用。

module_exit()函数用来向 Linux 内核注册一个模块卸载函数，参数 xxx_exit 就是需要注册的具体函数，当使用“rmmod”命令卸载具体驱动的时候 xxx_exit 函数就会被调用。

使用：
/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
/* 入口函数具体内容 */ 
return 0; } 
/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
/* 出口函数具体内容 */ 
} 
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 类似于声明*/ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit);

1.2.2 字符设备的注册和注销

函数介绍：

加载驱动模块之后需要注册字符设备和注销字符设备，函数模型：

static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, 
const struct file_operations *fops) 
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)

major：主设备号，Linux 下每个设备都有一个设备号，设备号分为主设备号和次设备号两部分。

name：设备名字，指向一串字符串。

fops：结构体 file_operations 类型指针，指向设备的操作函数集合变量。

使用：
static struct file_operations fops_test;
/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
/* 入口函数具体内容 */ int retvalue =0 ;retvalue = register_chrdev(200,"test_dev",fops_test);if(retvalue < 0){//创建失败处理}
return 0; } 
/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
/* 出口函数具体内容 */unregister_chrdev(200,"test_dev"); 
} 
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 类似于声明*/ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit);
设备号说明

Linux 中每个设备都有一个设备号，设备号由主设备号（12位）和次设备号（20位）两部分组成

1、主设备号表示某一个具体的驱动：比如LED、按键设备、adc设备等

2、次设备号表示使用这个驱动的各个设备：比如LED1,LED2、、、等

因此 Linux系统中主设备号范围为 0~4095

当有两个设备，主设备号一样，次设备号不同，会有两个设备节点。

1.2.3 实现设备的具体操作函数-file_operations

函数介绍

file_operations 的结构体是Linux 内核驱动操作函数集合：

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 (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);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 (*mremap)(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 *, loff_t, loff_t, 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 **, void **);long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,loff_t len);void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
#ifndef CONFIG_MMUunsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
#endif
};
使用

假设应用程序需要通过 read 和 write 这两个函数进行读写操作，所以需要实现 file_operations 中的 read 和 write 这两个函数。


/* 打开设备 */ 
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 从设备读取 */ 
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf,  size_t cnt, loff_t *offt) 
{ /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 向设备写数据 */ static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 关闭/释放设备 */ static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp) { /* 用户实现具体功能 */  return 0; } static struct file_operations test_fops = { .owner = THIS_MODULE,  .open = chrtest_open, .read = chrtest_read, .write = chrtest_write, .release = chrtest_release, 
}; 
/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ /* 入口函数具体内容 */ int retvalue = 0; /* 注册字符设备驱动 */ retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); if(retvalue < 0){ /* 字符设备注册失败,自行处理 */ } return 0; 
} 
/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ /* 注销字符设备驱动 */ unregister_chrdev(200, "chrtest"); } /* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */ module_init(xxx_init); module_exit(xxx_exit);

1.2.4 添加 LICENSE 和作者信息

在文章最后加入 LICENSE 信息和作者信息

LICENSE 是必须添加的，否则的话编译的时候会报错（脏内核）

作者信息可以添加也可以不添加

MODULE_LICENSE("GPL") //添加模块 LICENSE 信息 
MODULE_AUTHOR("zhaorming") //添加模块作者信息

2、整体

static struct file_operations test_fops;
/* 打开设备 */ 
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 从设备读取 */ 
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf,  size_t cnt, loff_t *offt) 
{ /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 向设备写数据 */ static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { /* 用户实现具体功能 */ return 0; } /* 关闭/释放设备 */ static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp) { /* 用户实现具体功能 */  return 0; } static struct file_operations test_fops = { .owner = THIS_MODULE,  .open = chrtest_open, .read = chrtest_read, .write = chrtest_write, .release = chrtest_release, 
}; 
/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ /* 入口函数具体内容 */ int retvalue = 0; /* 注册字符设备驱动 */ retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); if(retvalue < 0){ /* 字符设备注册失败,自行处理 */ } return 0; 
} 
/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ /* 注销字符设备驱动 */ unregister_chrdev(200, "chrtest"); } /* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */ module_init(xxx_init); module_exit(xxx_exit); MODULE_LICENSE("GPL") //添加模块 LICENSE 信息 MODULE_AUTHOR("zhaorming") //添加模块作者信息


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