嵌入式内核及驱动开发之学习笔记（三） 点灯实验

完成应用程序通过驱动控制硬件的实现。实验建立在之前的框架上，我们先实现用户层与内核层之间的数据交互，驱动程序拿到用户传来的指令后，就可以执行点灯的动作了。

应用程序与驱动数据交互

对于驱动程序而言，使用copy_to_user 和 copy_from_user函数与应用程序进行数据交互。当应用程序read时，对应驱动程序copy_to_user；当应用程序write时，对应驱动程序copy_from_user。

copy_to_user是将数据从内核空间拷贝到用户空间

int copy_to_user(void __user * to, const void * from, unsigned long n)

copy_from_user将数据从用户空间拷贝到内核空间

int copy_from_user(void * to, const void __user * from, unsigned long n)

驱动与硬件的连接

地址的映射

控制外设，其实就是控制寄存器地址。由于MMU（内存管理单元），内核层的驱动不能直接操作硬件上的地址，通过虚拟地址来实现。

                      驱动程序 -->  虚拟地址  -->  MMU  -->  物理地址(寄存器)  -->  硬件

地址映射

void *ioremap(cookie, size)

    cookie: 物理地址    size: 长度（字节位单位）   返回值是虚拟地址

去映射

void iounmap(void __iomem *addr)

    addr 映射之后到虚拟地址

实现过程

驱动程序的实现

在之前的框架的基础上，一方面对下实现了硬件的操作，加载模块时将控制LED灯的引脚（GPX2_7）地址的映射，并设置引脚控制寄存器为输出模式；另一方面，实现对应用层接口的封装，当用户程序向驱动写数据时，chr_drv_write函数接收并且判断该数值，如果是正数则点亮LED灯，否者灭灯。

//chr_drv.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>

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


#define GPX2_CON 0x11000C40  
#define GPX2_SIZE 8

volatile unsigned long *gpx2conf;
volatile unsigned long *gpx2dat;



static unsigned int dev_major = 250;
static struct class *devcls;
static struct device *dev;




ssize_t chr_drv_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos);
ssize_t chr_drv_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos);
int chr_drv_open(struct inode *inode, struct file *filp);
int chr_drv_close(struct inode *inode, struct file *filp);




const struct file_operations my_fops = {
	.open = chr_drv_open,
	.read = chr_drv_read,
	.write = chr_drv_write,
	.release = chr_drv_close,

};




static int __init chr_drv_init(void)
{

	printk("-------%s-------------\n", __FUNCTION__);
	
	//向系统申请设备号
	int ret;
	ret = register_chrdev(dev_major, "chr_dev_test", &my_fops);
	if(ret == 0){
		printk("register ok\n");
	}else{
		printk("register failed\n");
		return -EINVAL;
	}

	//创建设备结点
	devcls = class_create(THIS_MODULE, "chr_cls");
	dev = device_create(devcls, NULL, MKDEV(dev_major, 0), NULL, "chr2");

	//将物理地址映射成为虚拟地址，用指针指向这个地址
	gpx2conf = ioremap(GPX2_CON, GPX2_SIZE);
	gpx2dat = gpx2conf + 1;

	//GPX2_7设置成输出模式
	*gpx2conf &= ~(0xf<<28);
	*gpx2conf |= (0x1<<28);

	return 0;
}

static void __exit chr_drv_exit(void)
{
	printk("-------%s-------------\n", __FUNCTION__);

	//取消地址映射
	iounmap(gpx2conf);

	//销毁这个设备结点
	device_destroy(devcls,  MKDEV(dev_major, 0));
	class_destroy(devcls);

	
	//释放这个设备号
	unregister_chrdev(dev_major, "chr_dev_test");
}


module_init(chr_drv_init);
module_exit(chr_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");


static int kernel_val = 555;

//  read(fd, buf, size);
ssize_t chr_drv_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
	//printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	
	int ret;
	ret = copy_to_user(buf, &kernel_val, count);
	if(ret > 0)
	{
		printk("copy_to_user error\n");
		return -EFAULT;
	}

	return 0;
}

ssize_t chr_drv_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
	//printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	
	int ret;
	int value;
	ret = copy_from_user(&value,  buf, count);
	if(ret > 0)
	{
		printk("copy_to_user error\n");
		return -EFAULT;
	}

	if(value){
		*gpx2dat |= (1<<7);
	}else{
		*gpx2dat &= ~(1<<7);
	}

	
	return 0;
	
}

int chr_drv_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	return 0;

}


int chr_drv_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("-------%s-------\n", __FUNCTION__);
	return 0;

}

应用程序

在应用层的角度，一切皆是文件。程序把驱动当成一个文件（设备结点）来操作，打开文件后，间隔一段时间写入0或1，最终实现led灯的闪烁。

//chr_test.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;
	int value = 0;

	//打开设备结点
	fd = open("/dev/chr2", O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(1);
	}
	//读操作
	read(fd, &value, 4);
	//printf("___USER___:  value = %d\n", value);


	while(1)
	{
		//写操作
		value = 0;
		write(fd, &value, 4);
		sleep(1);
		
		//写操作
		value = 1;
		write(fd, &value, 4);
		sleep(1);
		
	}


	close(fd);

	return 0;

}

Makefile文件

负责编译管理工程。

ROOTFS_DIR = /nfs/rootfs

APP_NAME = chr_test

CROSS_COMPILE = /home/linux/soft/gcc-4.6.4/bin/arm-none-linux-gnueabi-
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc

ifeq ($(KERNELRELEASE), )

KERNEL_DIR = /mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412
CUR_DIR = $(shell pwd)

all :
	make -C  $(KERNEL_DIR) M=$(CUR_DIR) modules
	$(CC) $(APP_NAME).c  -o $(APP_NAME)
	
clean :
	make -C  $(KERNEL_DIR) M=$(CUR_DIR) clean
	
install:
	cp -raf *.ko $(APP_NAME)  $(ROOTFS_DIR)/drv_module


else

obj-m += chr_drv.o


endif

查看实验结果

编译并移动文件到nfs根目录

root@linux:/mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412/drivers/mydrivers/chr_drv# make
root@linux:/mnt/hgfs/sharefolder/kernel/linux-3.14-fs4412/drivers/mydrivers/chr_drv# make install

 

开发板加载模块，执行应用程序

[root@farsight drv_module]# ls
chr_drv.ko  chr_test
[root@farsight drv_module]#
[root@farsight drv_module]# insmod chr_drv.ko
[ 4803.030000] -------chr_drv_init-------------
[ 4803.035000] register ok
[root@farsight drv_module]# ./chr_test
[ 4809.940000] -------chr_drv_open-------
___USER___:  value = 555
^C[ 4817.835000] -------chr_drv_close-------

[root@farsight drv_module]#
 

观察开发板上led是闪烁状态。