【转东隅】基于Raspberry: 字符设备内核驱动程序框架编写

haothree

基于树莓派Raspberry: 字符设备内核驱动程序框架编写------LED入门
转自网友@东隅

之前写了一篇移植2.4寸TFT驱动到树莓派的文章,那篇博文中的驱动代码是国外大牛写的,看了一下,还是有很多地方没理解,是得好好再学习一下内核驱动的编写,这里就从字符设备驱动开始,采用最简单的LED驱动来建立内核驱动移植的驱动框架.
   个人原创,转载请注明原文出处:
            http://blog.csdn.net/embbnux/article/details/17712547
   参考文章:
            http://blog.csdn.net/hcx25909/article/details/16860725
   内核驱动与普通单片机模块驱动的差别就是在于,写内核驱动的时候,要提供内核调用的接口,使内核能找到相应的驱动入口,用户通过告诉内核要干嘛,内核再去调用那个驱动,驱动的最底层和单片机模块是一样的,同样是对GPIO的操作,配置输入输出,以及某些特殊的寄存器. LED的点亮就是对GPIO的操作 .
   对于ARM的GPIO调用需要通过IO映射的方法,要操作内存上对应的地址.
   对于bcm2708上的io对应关系,可以查看bcm2835的手册,和stm32基本上是一样的,因为同为ARM体系:

   我参考的那博客讲这个比较清楚,可以参考下,由于树莓派的内核以及很好的提供了GPIO调用的接口,即把内存操作封装了很好,这里就不像那篇博客那样再自己写函数通过内存操作来进行GPIO操作,觉得有点麻烦,但是对于学好底层很有用.

  一  首先上个驱动程序

      这里直接把该程序添加到内核的源码目录里面,也可在自己的目录下,但是要写Makefile.
      在/drivers/char/新建rasp_led.c,内核中的kconfig文件和makefile文件,参照前一篇文章
led.c:

/********************************************************************/
/***************Rasp led 驱动程序************************************/
/***************作者: Embbnux Ji*************************************/
/***************博客: http://blog.csdn.net/embbnux/ *****************/
/********************************************************************/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <mach/platform.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/gpio.h>
#define DEVICE_NAME "Pi_Led"
#define DRIVER_NAME "pi_led"
//class声明内核模块驱动信息,是UDEV能够自动生成/dev下相应文件
static dev_t pi_led_devno; //设备号
static struct class *pi_led_class;
static struct cdev pi_led_class_dev;
struct gpio_chip *gpiochip;
#define led_pin 4 //gpio 4
//这部分函数为内核调用后open的设备IO操作,和裸板程序一样
int open_flag=0;
static int pi_led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("Open led ing!\n");
if(open_flag ==0){
open_flag =1;
printk("Open led success!\n");
return 0;
}
else{
printk("Led has opened!\n");
}
return 0;
}
//这部分函数为内核调用后ioctl的设备IO操作,和裸板程序一样
static long pi_led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
switch(cmd){
case 0:
gpiochip->set(gpiochip, led_pin, 0);
printk("Led up!\n");
break;
case 1:
gpiochip->set(gpiochip, led_pin, 1);
printk("Led down!\n");
break;
}
return 0;
}
static int pi_led_release(struct inode *inode,struct file *file){
printk("Led has release!\n");
return 0;
}
//file_operations使系统的open,ioctl等函数指针指向我们所写的led_open等函数,
//这样系统才能够调用
static struct file_operations pi_led_dev_fops = {
.owner =THIS_MODULE,
.open =pi_led_open,
.unlocked_ioctl = pi_led_ioctl,
.release = pi_led_release,
};
static int is_right_chip(struct gpio_chip *chip, void *data)
{
if (strcmp(data, chip->label) == 0)
return 1;
return 0;
}
//内核加载后的初始化函数.
static int __init pi_led_init(void)
{
struct device *dev;
int major; //自动分配主设备号
major = alloc_chrdev_region(&pi_led_devno,0,1,DRIVER_NAME);
//register_chrdev 注册字符设备使系统知道有LED这个模块在.
cdev_init(&pi_led_class_dev, &pi_led_dev_fops);
major = cdev_add(&pi_led_class_dev,pi_led_devno,1);
//注册class
pi_led_class = class_create(THIS_MODULE,DRIVER_NAME);
dev = device_create(pi_led_class ,NULL,pi_led_devno,NULL,DRIVER_NAME);
gpiochip = gpiochip_find("bcm2708_gpio", is_right_chip);
gpiochip->direction_output(gpiochip, led_pin, 1);
gpiochip->set(gpiochip, led_pin, 0);
printk("pi led init ok!\n");
return 0;
}
//内核卸载后的销毁函数.
void pi_led_exit(void)
{
gpio_free(led_pin);
device_destroy(pi_led_class,pi_led_devno);
class_destroy(pi_led_class);
cdev_del(&pi_led_class_dev);
unregister_chrdev_region(pi_led_devno, 1);
printk("pi led exit ok!\n");
}
module_init(pi_led_init);
module_exit(pi_led_exit);
MODULE_DESCRIPTION("Rasp Led Driver");
MODULE_AUTHOR("Embbnux Ji < http://blog.csdn.net/embbnux >");
MODULE_LICENSE("GPL");

复制代码

二源码框架分析

我们首先从内核模块的入口,module_init(pi_led_init)这个函数看起,可以看出初始化后调用pi_led_init这个函数.

//内核加载后的初始化函数.
static int __init pi_led_init(void)
{
struct device *dev;
int major; //自动分配主设备号
major = alloc_chrdev_region(&pi_led_devno,0,1,DRIVER_NAME);
//register_chrdev 注册字符设备使系统知道有LED这个模块在.
cdev_init(&pi_led_class_dev, &pi_led_dev_fops);
major = cdev_add(&pi_led_class_dev,pi_led_devno,1);
//注册class
pi_led_class = class_create(THIS_MODULE,DRIVER_NAME);
dev = device_create(pi_led_class ,NULL,pi_led_devno,NULL,DRIVER_NAME);
gpiochip = gpiochip_find("bcm2708_gpio", is_right_chip);
gpiochip->direction_output(gpiochip, led_pin, 1);
gpiochip->set(gpiochip, led_pin, 0);
printk("pi led init ok!\n");
return 0;
}

复制代码

初始化时首先分配给这个函数设备号,注册该设备,通过class注册使能够在/dev/目录下自动生成相应的设备文件,用户通过操作这个文件,来告诉内核怎么做.
由于是字符设备,所以对该文件的操作通过open,write,ioctl等函数,所以要把这个函数和底层的操作函数对应起来,这就要用到file_operation这个结构体,来声明:

//file_operations使系统的open,ioctl等函数指针指向我们所写的led_open等函数,
//这样系统才能够调用
static struct file_operations pi_led_dev_fops = {
.owner =THIS_MODULE,
.open =pi_led_open,
.unlocked_ioctl = pi_led_ioctl,
.release = pi_led_release,
};

复制代码

这里就让open函数对应到pi_led_open函数,ioctl函数对应到pi_led_ioctl函数;
然后我们就只需要编写相应的pi_led_open以及pi_led_ioctl;这些函数里面的操作就是最底层的GPIO操作,和单片机是一样的.

三 GPIO操作
内核里面的GPIO操作函数,被定义在#include <linux/gpio.h>,这个头文件里面,树莓派官方做好了树莓派的GPIO在内核里面的注册,所以调用gpio.h里面的函数即可进行树莓派的GPIO操作.

gpiochip = gpiochip_find("bcm2708_gpio", is_right_chip);

复制代码

通过上面这个函数把内核的GPIO操作和BCM2708的GPIO操作关联起来;
bcm2708的操作可以查看/arch/arm/mach-bcm2708/bcm2708_gpio.c文件,具体也是对内存地址的操作:

#define GPIOFSEL(x) (0x00+(x)*4)
#define GPIOSET(x) (0x1c+(x)*4)
#define GPIOCLR(x) (0x28+(x)*4)
#define GPIOLEV(x) (0x34+(x)*4)
#define GPIOEDS(x) (0x40+(x)*4)
#define GPIOREN(x) (0x4c+(x)*4)
#define GPIOFEN(x) (0x58+(x)*4)
#define GPIOHEN(x) (0x64+(x)*4)
#define GPIOLEN(x) (0x70+(x)*4)
#define GPIOAREN(x) (0x7c+(x)*4)
#define GPIOAFEN(x) (0x88+(x)*4)
#define GPIOUD(x) (0x94+(x)*4)
#define GPIOUDCLK(x) (0x98+(x)*4)

复制代码

这里定义的就是相应的GPIO寄存器的地址.
四测试程序
ssh进入树莓派,在主目录下新建led.c

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/time.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int on;
int led_no;
int fd;
int i;
fd = open("/dev/pi_led", 0);
if (fd < 0) {
fd = open("/dev/pi_led", 0);
}
if (fd < 0) {
perror("open device led");
exit(1);
}
for(i=0;i<=20;i++){
on = i%2;
ioctl(fd, on, led_no);
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}

复制代码

东隅 · 发表于 2014-1-16 16:41:23

竟然被你给转过来了啊,有人看的感觉真是开心啊

东隅 · 发表于 2014-1-16 16:47:17

东隅发表于 2014-1-16 16:41
竟然被你给转过来了啊,有人看的感觉真是开心啊

希望能把原文链接改为超链接

anti-t · 发表于 2014-1-16 19:28:21

不错哦-------------

木林森X · 发表于 2014-1-17 14:27:07

这么长,看着眼晕

jauhua · 发表于 2014-1-19 09:58:34

路过

haothree · 发表于 2014-1-20 14:49:23

东隅发表于 2014-1-16 16:47
希望能把原文链接改为超链接

论坛好像不解析外部超链{:soso_e143:}

woaidabaobao · 发表于 2014-1-21 17:34:04

文章不错，顶个！！！

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