驱动程序开发：新字符设备驱动之LED点灯

newchrled.c

/**	根据linux内核的程序查找所使用函数的对应头文件。*/
#include <linux/module.h>	// MODULE_LICENSE，MODULE_AUTHOR
#include <linux/init.h>		// module_init，module_exit
#include <linux/kernel.h>	// printk
#include <linux/fs.h>		// struct file_operations
#include <linux/uaccess.h>	// copy_to_user，copy_from_user
#include <linux/io.h>		//ioremap，iounmap
#include <linux/cdev.h>		//struct cdev,cdev_init,cdev_add,cdev_del
#include <linux/device.h>	//class/* 定义设备名字 */
#define NEWCHRLED_NAME 	"newchrled"
/* 定义设备的个数 */
#define NEWCHRLED_COUNT		1/********************************* 1.1、寄存器物理地址定义 ********************************/
#define CCM_CCGR1_BASE				(0x020C406C)	//对应IO的时钟寄存器地址
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE		(0x020E0068)	//对应IO的复用寄存器地址
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE		(0x020E02F4)	//对应IO的电气属性寄存器地址
#define GPIO1_GDIR_BASE				(0x0209C004)	//对应IO的输出方向寄存器地址
#define GPIO1_DR_BASE				(0x0209C000)	//对应IO的输出电平寄存器地址
/***************************************************************************************/
/****** 物理地址映射后定义虚拟地址的指针，其类型是根据ioremap函数返回值类型定义的 ******/
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1; 	//对应IO的时钟寄存器的映射虚拟地址
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03; //对应IO的复用寄存器的映射虚拟地址
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03; //对应IO的电气属性寄存器的映射虚拟地址
static void __iomem *GPIO1_GDIR;		//对应IO的输出方向寄存器的映射虚拟地址
static void __iomem *GPIO1_DR;			//对应IO的输出电平寄存器的映射虚拟地址
/*********************************************************************************************/#define LEDOFF	0	//关灯
#define LEDON	1	//开灯/* LED设备结构体 */
struct newchrled_dev {struct cdev cdev; 		/* 注册设备结构体 */dev_t devid;	 		/* 设备号 */int major;		 		/* 主设备号 */int minor;		 		/* 次设备号 */struct class *class;	/* 类 */struct device *device;	/* 设备 */
};/* 定义一个LED设备结构体变量 */
struct newchrled_dev newchrled;/************** 6.1 开/关灯的函数 **************/
void led_switch(u8 state)
{u32 val;					//操作的是32位的寄存器if(state == LEDON) {/* 开灯 */val = readl(GPIO1_DR);	//读取寄存器val &= ~(1 << 3);		//清零writel(val, GPIO1_DR);	//写入寄存器} else if(state == LEDOFF) {/* 关灯 */val = readl(GPIO1_DR);	//读取寄存器val |= 1 << 3;		writel(val, GPIO1_DR);	//写入寄存器		}
}
/*********************************************//******************************* 4.1 打开设备文件 ********************************/
static int newchrled_open(struct inode *inde, struct file *filp)
{/**	在 open 函数里面设置好私有数据以后，在 write、 read、 close 等函数中直接读取 private_data即可得到设备结构体。*/filp->private_data = &newchrled;	//将定义打驱动设备结构体变为私有类return 0;
}
/******************************* 4.2 关闭设备文件 *******************************/
static int newchrled_release(struct inode *inode, struct file *file)
{/* 定义下面直接引用设备结构体变量的指针,相当于提取私有类的属性一样 */struct newchrled_dev *dev = (struct newchrled_dev *)file->private_data;return 0;
}
/****************************** 4.3 向设备文件写数据 ******************************/
static ssize_t newchrled_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{/*********** 6.0 应用程序写入参数控制LED ***********/int ret;		//保存调用函数返回值u8 databuf[1];	//保存应用程序写入打数据ret = copy_from_user(databuf, buf, count);	//将应用程序传入过来打buf数据写入驱动程序databuf里if(ret < 0) {printk("write kernel failed!\r\n");return -EFAULT;}/* 判断开关灯 */led_switch(databuf[0]);/*************************************************/return 0;
}
/******************** 4.0 设备操作集合 ********************/
static const struct file_operations newchrled_fops = {.owner   = THIS_MODULE,.write 	 = newchrled_write,.open 	 = newchrled_open,.release = newchrled_release,
};
/********************************************************//******************************* 1.1 驱动模块入口函数 ************************************/
static int __init newchrled_init(void)
{int ret = 0;	//保存调用函数打返回值打临时变量	unsigned int val = 0;		//操作寄存器是保存的临时变量printk("newchrled_init\r\n");/***************** 5.0 初始化led,先地址映射 *****************/IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);/***********************************************************//****** 5.2 始化时钟,一般操作寄存器使用读改写操作步骤 ******/val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);	//读取寄存器val &= ~(3 << 26);	//bit26：27清零val |= 3 << 26;		//bit26:27置一writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);	//写入寄存器，时钟writel(0x5,SW_MUX_GPIO1_IO03);		//复用writel(0x10B0,SW_PAD_GPIO1_IO03);	//电气属性val = readl(GPIO1_GDIR);	//读取寄存器val |= 1 << 3;		writel(val, GPIO1_GDIR);	//写入寄存器，输出方向/* 开灯 */val = readl(GPIO1_DR);	//读取寄存器val &= ~(1 << 3);		//清零writel(val, GPIO1_DR);	//写入寄存器/***********************************************************//**************************** 2.0 分配字符设备号 *****************************/newchrled.major = 0;	//手动清零,表示由系统分配设备号if(newchrled.major) {/* 将主设备号和次设备号整合成设备号 */newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major,0);/* 使用给定的设备号进行注册设备 */ret = register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT, NEWCHRLED_NAME);} else {/* 没有给定设备号，系统自动进行注册设备号 */alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_COUNT, NEWCHRLED_NAME);newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);}if(ret < 0) {goto failed_devid;}//打印出设备号的主次设备号printk("newchrled major:%d , minor:%d\r\n",newchrled.major,newchrled.minor);/**************************************************************************//***************************** 3.0 注册字符设备 *****************************///newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;		//cdev结构体内部会自动实现，无需手动实现cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);	//初始化cdev结构体变量，也就是将newchrled_fops设备操作集合传入cdev结构体内部的操作集合中ret = cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_COUNT);	//向Linux系统添加字符设备(cdev结构体变量)if(ret < 0) {goto failed_cdev;}/**************************************************************************/
/******************************************* 7-8步骤： 自动创建设备节点 *******************************************//*********** 7.0 创建一个类，该类是创建节点的必要参数之一 ***********/newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);	//创建类if (IS_ERR(newchrled.class)) {ret = PTR_ERR(newchrled.class);goto failed_class;}/*************************************************************//******************************* 8.0 创建设备，即可实现自动创建节点 *******************************/newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);if (IS_ERR(newchrled.device)) {ret = PTR_ERR(newchrled.device);goto failed_device;}/*********************************************************************************************/
/***************************************************************************************************************/return 0;/* 创建设备失败，需要将前面注册的设备号、注册的字符设备、创建打类给释放掉 */
failed_device:class_destroy(newchrled.class);
/* 创建类失败，需要将前面注册的设备号、注册的字符设备给释放掉 */
failed_class:cdev_del(&newchrled.cdev);
/* 注册字符设备失败，说吗分配设备号成功，因此需要先释放设备号 */
failed_cdev:unregister_chrdev_region(newchrled.devid,NEWCHRLED_COUNT);
/* 分配设备号失败 */
failed_devid:printk("newchrled chrdev_region err!\r\n");return ret;}
/**************************************************************************************/
/* 1.2 驱动模块出口函数 */
static void __exit newchrdev_exit(void)
{u32 val = 0;printk("newchrdev_exit\r\n");/************************* 关灯 ************************/val = readl(GPIO1_DR);	//读取寄存器val |= 1 << 3;		writel(val, GPIO1_DR);	//写入寄存器/********************************************************//******************** 5.1 注销地址映射 **********************/iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_GDIR);iounmap(GPIO1_DR);/***********************************************************//******************* 3.1 注销字符设备 *******************/cdev_del(&newchrled.cdev);	//从Linux内核中删除相应的字符设备/*****************************************************//******************* 2.1 注销设备号 ********************/unregister_chrdev_region(newchrled.devid,NEWCHRLED_COUNT);/*****************************************************//* 删除创建的节点 */device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);/************************* 7.1 摧毁类 *************************/class_destroy(newchrled.class);		//摧毁类/*************************************************************/
}/*** 1.0 注册加载和卸载驱动模块 ***/
module_init(newchrled_init);
module_exit(newchrdev_exit);
/******************************/
/********* 1.3 驱动许可证 *********/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("djw");
/*********************************/

ledAPP.c

/**	头文件可以通过linux手册查找，man no <xx>*	1是普通的命令*	2是系统调用,如open,write之类的(通过这个，至少可以很方便的查到调用这个函数，需要加什么头文件)*	3是库函数,如printf,fread*	4是特殊文件,也就是/dev下的各种设备文件*	5是指文件的格式,比如passwd, 就会说明这个文件中各个字段的含义*	6是给游戏留的,由各个游戏自己定义*	7是附件还有一些变量,比如向environ这种全局变量在这里就有说明*	8是系统管理用的命令,这些命令只能由root使用,如ifconfig*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>/** argc：应用程序参数个数 * argv[]：具体打参数内容，字符串形式 * ./ledAPP <filename> <0:1> 0为关，1为开* ./ledAPP /dev/led 0   表示关灯* ./ledAPP /dev/led 1   表示开灯*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, ret;		//fd保存调用文件操作函数的文件描述符的临时变量,ret保存调用函数返回值临时变量char *filename;		//保存文件名信息的指针变量unsigned char databuf[1];	//保存终端输入的开关灯变量/* 判断终端输入的参数个数是否为3个 */if(argc != 3) {printf("ERROR USAGE!\r\n");return -1;}/* 保存第二个输入的参数，文件名信息，此参数是保存对应创建文件节点的绝对路径的 */filename = argv[1];fd = open(filename,O_RDWR);		//使用读写方式打开文件if(fd < 0) {printf("file %s open failed!\r\n",filename);return -1;}/* 保存第三个输入参数，也就是led的状态参数 */databuf[0] = atoi(argv[2]);/* 将led的状态参数写入fd设备文件中，其会在驱动程序中以调用函数buf形参写入驱动程序的变量中 */ret = write(fd, databuf, sizeof(databuf));	if(ret < 0) {printf("LED control failed!\r\n");close(fd);		//如果写入操作失败了，那么就关闭设备文件return -1;}close(fd);			//程序运行完成，关闭设备文件return 0;
}

新字符设备驱动开发步骤：
第一步：1、先调用module_init注册加载与module_exit卸载驱动模块的函数。2、编写出驱动模块入口（加载）函数与驱动模块出口（卸载）函数。3、调用MODULE_LICENSE函数实现驱动许可证。
第二步：1、实现register_chrdev_region|alloc_chrdev_region注册设备号。2、实现unregister_chrdev_region注销设备号。
第三步：1、cdev_init&cdev_add注册字符设备。2、cdev_del注销字符设备。
第四步：1、实现file_operations设备操作集合及open、release、write、read等操作函数。
第五步：1、使用ioremap将物理地址映射为虚拟地址。2、使用iounmap将虚拟地址给卸载掉。3、配置寄存器的虚拟地址（LED初始化）。
第六步：1、在write函数编写控制寄存器（LED）程序。2、编写LED判断状态点灯函数。
第七步：1、使用class_create创建一个类。2、使用class_destroy摧毁一个类。
第八步：1、使用device_create创建设备。2、使用device_destroy摧毁设备（先摧毁设备后再去摧毁其内部定义的类参数）。

实验操作步骤：
1、将驱动程序进行make操作，编译生成xxx.ko文件
2、使用交叉编译器将应用程序编译成可执行文件，如：我这里使用 arm-linux-gnueabihf-gcc xxxAPP.c -o xxxAPP
3、将xxx.ko和xxxAPP两个文件拷贝到存放驱动模块的目录中。
4、打开开发板并使用Linux系统选择通过TFTP从网络启动和使用NFS挂载网络根文件系统。
5、在PC机的串口终端中先输入depmod，后输入modprobe xxx.ko加载驱动文件，最后输入lsmod查看当前系统中存在的模块。
6、在PC机的串口终端中输入cat /proc/devices查看当前系统的所有设备的对应的设备号及名称。
7、在PC机的串口终端中输入./xxxApp /dev/xxx 1或./xxxApp /dev/xxx 2指令来使用应用程序对驱动程序进行读写等操作。
8、在PC机的串口终端中输入rmmod xxx.ko卸载驱动模块。