字符设备驱动开发

驱动流程
在这里插入图片描述

在 Linux 中一切皆为文件,驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件,应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”(xxx 是具体的驱动文件名字)的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。
比如现在有个叫做/dev/led 的驱动文件,此文件是 led 灯的驱动文件。

open 函数来打开文件/dev/led,使用完成以后使用 close 函数关闭/dev/led 这个文件。 open和 close 就是打开和关闭 led 驱动的函数
点亮或关闭 led,那么就使用 write 函数来操作,也就是向此驱动写入数据,这个数据就是要关闭还是要打开 led 的控制参数
如果要获取led 灯的状态,就用 read 函数从驱动中读取相应的状态。

内核驱动函数及变量
owner：拥有该结构体的模块的指针变量, 一般设置为 THIS_MODULE
llseek：修改文件当前的读写位置
read：读取设备文件
write：向设备文件写入数据
poll：轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写。
unlocked_ioctl：提供对于设备的控制功能,与应用程序中的 ioctl 函数对应
compat_ioctl：函数与 unlocked_ioctl 函数功能一样,区别在于在 64 位系统上,
32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl。
mmap：用于将将设备的内存映射到进程空间中(也就是用户空间),一般帧
缓冲设备会使用此函数,比如 LCD 驱动的显存,将帧缓冲(LCD 显存)映射到用户空间中以后应用程序就可以直接操作显存了,这样就不用在用户空间和内核空间之间来回复制。
open：打开设备文件
release：用于释放(关闭)设备文件,与应用程序中的 close 函数对应
fasync：用于刷新待处理的数据,用于将缓冲区中的数据刷新到磁盘中

驱动开发步骤

1. 驱动模块的加载和卸载

将驱动编译进Linux内核中，内核启动时就会自动运行驱动程序
将驱动编译为模块(Linux 下模块扩展名为.ko)，Linux内核启动后采用modprobe指令加载模块。

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

2. 字符设备的注册与注销

字符设备的注册与注销放在模块的加载和卸载函数中。

# 只指定主设备号，会造成资源浪费
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)# 用多少申请多少，比较合理
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

3. 实例代码

字符设备驱动

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>#define CHRDEVBASE_MAJOR	100				/* 主设备号 */
#define CHRDEVBASE_NAME		"devbase" 	    /* 设备名   */static char readbuf[100];		/* 读缓冲区 */
static char writebuf[100];		/* 写缓冲区 */
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};/** @description		: 打开设备* @param - inode 	: 传递给驱动的inode* @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk("devbase open! \r\n");return 0;
}/** @description		: 从设备读取数据 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区* @param - cnt 	: 要读取的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败*/
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{int retvalue = 0;/* 向用户空间发送数据 */memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);if(retvalue == 0){printk("kernel senddata ok!\r\n");}else{printk("kernel senddata failed!\r\n");}return 0;
}/** @description		: 向设备写数据 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf 	: 要写给设备写入的数据* @param - cnt 	: 要写入的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{int retvalue = 0;/* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);if(retvalue == 0){printk("kernel recevdata:%s\r\n", writebuf);}else{printk("kernel recevdata failed!\r\n");}return 0;
}/** @description		: 关闭/释放设备* @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk("devbase release! \r\n");return 0;
}/** 设备操作函数结构体*/
static struct file_operations devbase_fops = {.owner = THIS_MODULE,	.open = chrdevbase_open,.read = chrdevbase_read,.write = chrdevbase_write,.release = chrdevbase_release,
};/** @description	: 驱动入口函数 * @param 		: 无* @return 		: 0 成功;其他 失败*/
static int __init chrdevbase_init(void)
{int retvalue = 0;/* 注册字符设备驱动 */retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &devbase_fops);if(retvalue < 0){printk("chrdevbase driver register failed\r\n");}printk("chrdevbase init!\r\n");return 0;
}/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{/* 注销字符设备驱动 */unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);printk("chrdevbase exit!\r\n");
}/* * 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);/* * LICENSE和作者信息*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("JozenLee");

设备应用

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"/* 用户数据， 用于写入设备测试 */
static char usrdata[] = {"usr data!"};int main(int argc, char *argv[])
{int fd, retvalue;char *filename;char readbuf[100], writebuf[100];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打开驱动文件 */fd  = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("Can't open file %s\r\n", filename);return -1;}/* 从驱动文件读取数据测试 */if(atoi(argv[2]) == 1){ retvalue = read(fd, readbuf, 50);if(retvalue < 0){printf("read file %s failed!\r\n", filename);}else{printf("read data:%s\r\n",readbuf);}}/* 向设备驱动写数据测试 */if(atoi(argv[2]) == 2){memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));retvalue = write(fd, writebuf, 50);if(retvalue < 0){printf("write file %s failed!\r\n", filename);}}/* 关闭设备 */retvalue = close(fd);if(retvalue < 0){printf("Can't close file %s\r\n", filename);return -1;}return 0;
}