Linux字符设备驱动程序开发(1)-使用字符设备驱动

1、使用字符设备驱动程序

1.1编译/安装驱动

在Linux系统中，驱动程序通常采用内核模块的程序结构来进行编码。因此，编译/安装一个驱动程序，其实质就是编译/安装一个内核模块。把下面的范例代码拷贝到Linux系统中：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>


int dev1_registers[5];
int dev2_registers[5];

struct cdev cdev; 
dev_t devno;

/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    
    /*获取次设备号*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);
    
    if (num==0)
        filp->private_data = dev1_registers;
    else if(num == 1)
        filp->private_data = dev2_registers;
    else
        return -ENODEV;  //无效的次设备号
    
    return 0; 
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}

/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  int *register_addr = filp->private_data; /*获取设备的寄存器基地址*/

  /*判断读位置是否有效*/
  if (p >= 5*sizeof(int))
    return 0;
  if (count > 5*sizeof(int) - p)
    count = 5*sizeof(int) - p;

  /*读数据到用户空间*/
  if (copy_to_user(buf, register_addr+p, count))
  {
    ret = -EFAULT;
  }
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
  }

  return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  int *register_addr = filp->private_data; /*获取设备的寄存器地址*/
  
  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= 5*sizeof(int))
    return 0;
  if (count > 5*sizeof(int) - p)
    count = 5*sizeof(int) - p;
    
  /*从用户空间写入数据*/
  if (copy_from_user(register_addr + p, buf, count))
    ret = -EFAULT;
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
  }

  return ret;
}

/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{ 
    loff_t newpos;

    switch(whence) {
      case SEEK_SET: 
        newpos = offset;
        break;

      case SEEK_CUR: 
        newpos = filp->f_pos + offset;
        break;

      case SEEK_END: 
        newpos = 5*sizeof(int)-1 + offset;
        break;

      default: 
        return -EINVAL;
    }
    if ((newpos<0) || (newpos>5*sizeof(int)))
    	return -EINVAL;
    	
    filp->f_pos = newpos;
    return newpos;

}

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .llseek = mem_llseek,
  .read = mem_read,
  .write = mem_write,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
  /*初始化cdev结构*/
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);
  
  /* 注册字符设备 */
  alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
  cdev_add(&cdev, devno, 2);
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
  unregister_chrdev_region(devno, 2); /*释放设备号*/
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

Makefile(注意内核源代码要改为自己的路径)：

obj-m := memdev.o
KDIR := /home/S5-driver/lesson7/linux-tiny6410/
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-linux- ARCH=arm
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.bak *.order

编译：

#make

拷贝memdev.ko到开发板中，然后安装：

#insmod memdev.ko

1.2创建设备文件

由这幅图可以知道，应用程序对设备驱动的访问是通过设备文件来进行的，设备文件就像一个媒介一样把应用程序和设备驱动联系在了一起。

通过字符设备文件，应用程序可以使用相应的字符设备驱动程序来控制字符设备。创建字符设备文件的方法一般有两种：
1.使用mknod命令
mknod /dev/文件名 c 主设备号 次设备号

它的参数有4个，第一个是需要创建的字符设备的文件名字，小C代表字符设备文件，主设备号用来和设备驱动程序建立连接，它们需要使用相同的主设备号，那么怎么查看刚刚安装的mendev驱动程序使用的设备号呢？在开发板上输入：

#cat /proc/device

显示出了2列信息，第一列是主设备号，第二列是设备驱动程序的名字。这里应该是253

次设备号取非负的数即可，一般为0~255之间。

现在我们在开发板上创建一个设备文件(设备文件名称不和已有的冲突即可)：

#mknod /dev/memdev0 c 253 1

然后查看dev：

#ls /dev

应该是出现了memdev0这个设备文件
2. 使用函数在驱动程序中创建（后续课程介绍）

1.3访问设备

这个设备文件其实就是对内存的操作，因为在实际的硬件设备访问中，最终都是对设备寄存器的访问，这个访问内存中的某几个单元达到的效果是一样的。

编写一个应用程序来访问这个设备文件：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd;
	int src=1234;
	int tmp=0;


	fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
	write(fd, &src, sizeof(int));
	printf("src:%d\n",src);
	close(fd);


	fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
	read(fd, &tmp, sizeof(int));
	printf("tmp:%d\n",tmp);
	close(fd);


	return 0;
}

使用arm-linux-gcc编译后把生成文件拷贝到开发板中，然后执行，如果发现错误：

~bin/sh: ./write_mem not found

其实这并不是找不到write_mem这个文件，而是它依赖的库找不到，可以使用:

#arm-readelf  -d  write_mem

-d表示查询动态连接库，来查看它所依赖的库

这个时候方法有2钟，1是拷贝它依赖的库到开发板的lib目录中，2是在编译的时候使用静态连接:

#arm-linux-gcc  -static  write_mem.c  -o write_mem

再编译运行，可以看到读写都已经成功了，注意写完后一定要关闭文件才把数据真正写入了，如果没有关闭直接读，读出来的是空的。！