嵌入式Linux 开发经验：注册一个 misc 设备

news/2024/10/31 1:35:26/

前言

  • 之前买过好几本Linux 设备驱动的书，不过对设备驱动一知半解，什么叫设备，什么又叫驱动？最近工作需要，从源码级别深入的研究了一下 Linux 下的设备与驱动的概念，略有所收获

  • 一般提起驱动开发，都是面向硬件的，至少是底层开发，依赖具体的平台，Linux 作为一个通用的操作系统内核，当前不可能顾及所以的具体外设驱动，只能抽取出驱动的共性，抽象出一个设备驱动模型（框架）出来，这个设备模型从上层看，无论设备多么简单或者复杂，把共性的设备操作，如：注册、反注册、打开、关闭、控制、读写等 封装成 总线、驱动、设备，与设备树配合起来，为上层提供通用的设备操作接口，如文件接口、socket 接口，为底层设备驱动开发提供便利，降低驱动开发的难度。

  • 其实就是抽象与分层，让驱动开发就像是【填空题】，照着模板填空补充，就可以开发具体的设备驱动了。设备驱动的目的，就是驱使设备工作起来，可以让上层应用操作。

测试环境搭建

  • ubuntu 20.04

  • VMware Workstation Pro 16

  • 基于qemu（模拟器），vexpress-a9 平台

  • Linux 6.0.10 (当前最新版本）

  • 注册一个简单的misc 设备，掌握misc 设备注册的方法

misc 设备是什么设备

  • 大家经常提到的是 三大类设备：【字符设备】、【块设备】、【网络设备】。

  • misc 设备是什么呢？为何使用 misc 设备？

  • 如今Linux 设备驱动非常的庞大，所以当前接触的一些外设，都有类似的驱动模型，misc （杂类设备）属于 char 字符设备。

  • 使用 misc 设备的好处就是 Linux 提供了完善的 misc 设备管理，使用 misc 设备提供的API，就可以方便的注册管理 一个 misc 具体设备，使用 misc 设备最核心的 一般是使用 open、close、ioctl 接口，这些接口，可以让用户太的应用操作设备。

  • 注册了一个 misc 设备，如 led0，用户态程序通过 open("/dev/led0", O_RDWR)，就可以打开内核驱动misc 设备，通过 ioctl 就可以控制 内核驱动 misc 设备。

  • 也就有一些设备，不是直接读写的，大部分操作都是控制命令，如空调的控制，一般有打开空调、关闭空调、调节空调的温度、模式等操作，可以把空调作为misc 设备来控制，打开关闭使用 open close，调节温度、模式等使用 ioctl。

注册 misc 设备

  • 这里就注意一点： 驱动与设备的概念，这里 misc 属于设备。

  • 这里为了方便，注册一个简单的设备，与上一篇 嵌入式Linux 开发经验：platform_driver_register 的使用方法 平台驱动 配合起来，当 平台驱动匹配设备树节点成功后，再初始化 misc 设备。

  • 新建 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_misc.c

#include "led_misc.h"#define LED_MISC_DEVICE_NAME        "led_misc"struct led_misc_dev
{struct miscdevice misc;
};struct led_misc_dev *led_miscdev;/* 打开设备，用户态执行 open 命令，就会走到这里 */
static int led_misc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);return 0;
}/* 打开设备，用户态执行 close 命令，就会走到这里 */
static int led_misc_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);return 0;
}/* 内存映射，大部分功能都差不多 */
static int led_misc_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{int ret = 0;if (filp == NULL){printk(KERN_ERR "invalid file!");return -EFAULT;}if (vma == NULL){printk(KERN_ERR "invalid vma area");return -EFAULT;}ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, vma->vm_pgoff,vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot);printk(KERN_INFO "%s : ret = %d\n", __func__, ret);return ret;
}/* 设备控制类，用户态执行 ioctl 命令，就会走到这里 */
static long led_misc_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long args)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);return 0;
}/* 设备的操作，用户态 应用通过【文件】操作接口操作 */
static const struct file_operations led_misc_fops =
{.owner  = THIS_MODULE,.llseek = no_llseek,.unlocked_ioctl = led_misc_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT.compat_ioctl = led_misc_ioctl,
#endif.mmap = led_misc_mmap,.open = led_misc_open,.release = led_misc_close,
};/* 注意这个 初始化不是自动初始化，放在 平台驱动 probe 函数  */
int led_miscdev_init(void)
{int ret;led_miscdev = kzalloc(sizeof(*led_miscdev), GFP_KERNEL);if (!led_miscdev)return -ENOMEM;led_miscdev->misc.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;led_miscdev->misc.fops = &led_misc_fops;led_miscdev->misc.name = LED_MISC_DEVICE_NAME;led_miscdev->misc.nodename = LED_MISC_DEVICE_NAME;ret = misc_register(&led_miscdev->misc);if (ret < 0){printk(KERN_INFO "%s : error\n", __func__);}else{printk(KERN_INFO "%s : ok\n", __func__);}return ret;
}/* 可以放在 平台驱动 remove 函数  */
void led_miscdev_exit(void)
{misc_deregister(&led_miscdev->misc);printk(KERN_INFO "%s : ok\n", __func__);
}
  • 新建 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_misc.h
#ifndef __LED_MISC_H__
#define __LED_MISC_H__#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/mm.h>int led_miscdev_init(void);
void led_miscdev_exit(void);#endif

其他修改

  • 上面是 注册 misc 设备的实现，但是需要调用才能执行，配合 平台驱动， led_miscdev_init 放在 平台驱动的 probe 函数中，led_miscdev_exit 可以放在 平台驱动 remove 函数，也可以放在 平台驱动 module_exit 的执行函数中

  • 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_control.c

static int led_control_probe(struct platform_device *pdev)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);led_miscdev_init();  /* 设备树节点匹配后，调用 */return 0;
}static int led_control_remove(struct platform_device *pdev)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);//led_miscdev_exit();  /* 移除设备驱动时，释放 misc 设备  */return 0;
}static void __exit led_control_driver_exit(void)
{printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);led_miscdev_exit();  /* 移除设备驱动时，释放 misc 设备  */platform_driver_unregister(&led_control_driver);
}
  • 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_control.h，添加 #include "led_misc.h"
#ifndef __LED_CONTROL_H__
#define __LED_CONTROL_H__#include <linux/of.h>
#include <linux/platform_device.h>#include "led_misc.h"#endif
  • 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/Makefile，增加
obj-$(CONFIG_LED_CONTROL) += led_control.o
obj-$(CONFIG_LED_CONTROL) += led_misc.o

编译与运行

  • 编译与 qemu 运行方法参考上篇 嵌入式Linux 开发经验：platform_driver_register 的使用方法 平台驱动的注册中提到的方法

  • 【小技巧】，这里把 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- 编译命令 做成一个 shell 脚本

  • vim mk.sh

#!/bin/bash
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- $1 $2 $3

  • chmod +x mk.sh 增加执行权限

  • 编译时： ./mk.sh -j4 就可以编译了

在这里插入图片描述

  • 更新 zImge Linux 内核编译的产物，开启 qemu 查看注册的 misc 设备

  • 启动 qemu 的信息包括 如下：

led_control_driver_init : enter
led_control_probe : enter
led_miscdev_init : ok

在这里插入图片描述

  • 说明设备树节点匹配后，正确调用了 misc 设备的初始化函数 led_miscdev_init

  • Linux shell 查看 注册的 misc 设备

ls /sys/class/misc/ -la， 可以查看 ，注意在 /sys/class/misc/ 目录下

在这里插入图片描述

  • 注册 misc 设备成功了，接下来可以编写 用户态的应用，通过文件操作接口，如 open close ioctl 来控制这个 内核 misc 设备了

小结

  • 本篇与上一篇 平台驱动配合，记录了一下 平台驱动+ misc 设备的操作流程，部分简单的设备，可以利用Linux 设备驱动框架提供的便利，想填空题一样快速开发构建自己的实际的设备驱动。

  • 使用 Linux 设备种类大概有三种，不过细分， misc 属于 char 字符设备，当前还有各种形形色色的功能不同的设备。 Misc 设备属于比较常用的简单的控制类设备


http://www.ppmy.cn/news/1088.html

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