树莓派linux led字符设备驱动（新字符设备）

  字符设备驱动开发时使用 register_chrdev 函数注册字符设备，使用unregister_chrdev 函数注销字符设备，驱动模块加载成功以后还需要手动使用 mknod 命令创建设备节点。 register_chrdev 和 unregister_chrdev 这两个函数是老版本驱动使用的函数，现在新的字符设备驱动已经不再使用这两个函数，并且在驱动模块加载的时候自动创建设备节点文件。

一、新的字符设备注册方法

  在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备， cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中的定义如下：

struct cdev {
    
    
	struct kobject kobj;
	struct module *owner;
	const struct file_operations *ops;
	struct list_head list;
	dev_t dev;
	unsigned int count;
};

  在 cdev 中有两个重要的成员变量： ops 和 dev，这两个就是字符设备文件操作函数集合file_operations 以及设备号 dev_t。
  定义好 cdev 变量以后就要使用 cdev_init 函数对其进行初始化， cdev_init 函数原型如下：

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

  参数 cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量，参数 fops 就是字符设备文件操作函数集合。
  cdev_add 函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)，首先使用 cdev_init 函数完成对 cdev 结构体变量的初始化，然后使用 cdev_add 函数向 Linux 系统添加这个字符设备。cdev_add 函数原型如下：

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

  参数 p 指向要添加的字符设备(cdev 结构体变量)，参数 dev 就是设备所使用的设备号，参数 count 是要添加的设备数量。
  卸载驱动的时候一定要使用 cdev_del 函数从 Linux 内核中删除相应的字符设备， cdev_del函数原型如下：

void cdev_del(struct cdev *p)

二、自动创建设备节点

  自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在 cdev_add 函数后面添加自动创建设备节点相关代码。首先要创建一个 class 类， class 是个结构体，定义在文件include/linux/device.h 里面。 建好类以后还需要在这个类下创建一个设备。使用 device_create 函数在类下面创建设备， device_create 函数原型如下：

struct device *device_create(struct class *class,struct device *parent,dev_t devt,void *drvdata,const char *fmt, ...)

三、参考示例

  在驱动入口函数里面创建类和设备，在驱动出口函数里面删除类和设备，参考示例如下：

struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
dev_t devid; /* 设备号 */
/* 驱动入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
    
    
	/* 创建类 */
	class = class_create(THIS_MODULE, "xxx");
	/* 创建设备 */
	device = device_create(class, NULL, devid, NULL, "xxx");
	return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{
    
    
	/* 删除设备 */
	device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
	/* 删除类 */
	class_destroy(newchrled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

四、编写驱动代码

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>

#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>


#define NEWCHRLED_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define LED_NAME		"ledtest" 	/* 设备名字 */
#define LEDOFF 	0				/* 关灯 */
#define LEDON 	1				/* 开灯 */
#define LED_PIN					    26 //GPIO26 

/* 寄存器物理地址 */	
#define BCM2837_GPFSEL2_BASE          (0X3F200008)  //GPIO的GPFSEL2寄存器的 bits 20-18 位控制 GPIO_26  
#define BCM2837_GPSET0_BASE           (0X3F20001C)  //GPIO的GPSET0的 bit26 控制 GPIO_26 置位
#define BCM2837_GPCLR0_BASE           (0X3F200028)  //GPIO的GPCLR0的 bit25 控制 GPIO_26 清零
 
/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *BCM2837_GPFSEL2;
static void __iomem *BCM2837_GPSET0;
static void __iomem *BCM2837_GPCLR0;

/* newchrled设备结构体 */
struct newchr_dev{
    
    
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;		/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
};

struct newchr_dev newchrled;	/* led设备 */

/*
 * @description		: LED打开/关闭
 * @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
 * @return 			: 无
 */

void led_switch(u8 sta)
{
    
    

	if(sta == LEDON) {
    
    
		writel(1<<(LED_PIN), BCM2837_GPCLR0);
	}else if(sta == LEDOFF) {
    
    
		writel(1<<(LED_PIN), BCM2837_GPSET0);
	}
}
/*
 * @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 led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    
    
	filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据 */
	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 led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    
    
	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 led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    
    
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
    
    
		printk("kernel write failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */

	if(ledstat == LEDON) {
    
    	
		led_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */
	} else if(ledstat == LEDOFF) {
    
    
		led_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */
	}
	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 led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    
    
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchrled_fops = {
    
    
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
	.release = 	led_release,
};

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init led_init(void)
{
    
    
	int retvalue = 0;
	u32 val = 0;

	/* 初始化LED */
	/* 1、寄存器地址映射 */
	BCM2837_GPFSEL2 = ioremap(BCM2837_GPFSEL2_BASE,4);  
	BCM2837_GPSET0 = ioremap(BCM2837_GPSET0_BASE,4); 
	BCM2837_GPCLR0 = ioremap(BCM2837_GPCLR0_BASE,4); 

	/*2、初始化引脚功能，同时输出高电平*/
	val = readl(BCM2837_GPFSEL2);
	val = val | (1<<((LED_PIN % 10) * 3));
	writel(val, BCM2837_GPFSEL2);
	writel(1<<(LED_PIN), BCM2837_GPSET0);

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (newchrled.major) {
    
    		/*  定义了设备号 */
		newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
		register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
	} else {
    
    						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);	/* 申请设备号 */
		newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

	/* 4、创建类 */
	newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.class)) {
    
    
		return PTR_ERR(newchrled.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
	if (IS_ERR(newchrled.device)) {
    
    
		return PTR_ERR(newchrled.device);
	}
	
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit led_exit(void)
{
    
    
	/* 取消映射 */
	iounmap(BCM2837_GPFSEL2);  
	iounmap(BCM2837_GPSET0);  
	iounmap(BCM2837_GPCLR0); 

	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&newchrled.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
	class_destroy(newchrled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zsx");

五、运行测试

  通过执行make编译驱动程序，通过命令gcc ledtest.c -o ledtest编译测试APP。将编译出来的 led.ko和 ledtest这两个文件拷贝到/lib/modules/5.10.17-v7l+/ 目录中，输入如下命令加载 led.ko 驱动模块：

sudo depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
sudo modprobe ledtest//加载驱动
dmesg //查看模块打印信息

  驱动加载成功以后会自动在/dev 目录下创建设备节点文件/dev/ledtest。