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驱动设计的思想：面向对象/分层/分离
面向对象
字符设备驱动程序抽象出一个 file_operations 结构体；
- 我们写的程序针对硬件操作部分抽象出 led_operations 结构体。
针对硬件资源抽象出 led_resource 结构体。
分层
上下分层，比如我们前面写的 LED 驱动程序就分为 2 层：
① 上层实现硬件无关的操作，比如注册字符设备驱动：leddrv.c
② 下层实现硬件相关的操作（包含硬件操作和硬件资源），比如 board_A.c 实现单板 A 的 LED 操作
分离
将下层实现硬件相关的操作，进一步细化，将硬件资源和硬件操作分类开来
在 board_A.c 中，实现了一个 led_operations，为 LED 引脚实现了初始化函数、控制函数：
static struct led_operations board_demo_led_opr = { .num = 1, .init = board_demo_led_init, .ctl = board_demo_led_ctl, };问题：
如果硬件上更换一个引脚来控制 LED 怎么办？你要去修改上面结构体中的 init、ctl 函数。
实际情况是，每一款芯片它的 GPIO 操作都是类似的。以假设举例，比如：GPIO1_3、
GPIO5_4 这 2 个引脚接到 LED：
① GPIO1_3 属于第 1 组，即 GPIO1。
有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio1。
设置为 output 引脚：修改 GPIO1 的 DIR 寄存器的 bit3。
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设置输出电平：修改 GPIO1 的 DR 寄存器的 bit3。
② GPIO5_4 属于第 5 组，即 GPIO5。
有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio5。
设置为 output 引脚：修改 GPIO5 的 DIR 寄存器的 bit4。
设置输出电平：修改 GPIO5 的 DR 寄存器的 bit4。
既然引脚操作那么有规律，并且这是跟主芯片相关的，那可以针对该芯片写出比较通用的硬件操作代码。
比如 board_A.c 使用芯片 chipY，那就可以写出：chipY_gpio.c，它实现芯片 Y 的 GPIO操作，适用于芯片 Y 的所有 GPIO 引脚。使用时，我们只需要在 board_A_led.c 中指定使用哪一个引脚即可。
程序结构如下：
以面向对象的思想，在 board_A_led.c 中实现 led_resouce 结构体，它定义“资源”──要用哪一个引脚。
在 chipY_gpio.c 中仍是实现 led_operations 结构体，它要写得更完善，支持所有 GPIO。
代码示例
硬件资源
- led_resource.h
#ifndef _LED_RESOURCE_H
#define _LED_RESOURCE_H
/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0] = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x) (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))
struct led_resource {
int pin;
};
struct led_resource *get_led_resouce(void);
#endifboard_A_led.c
#include "led_resource.h" static struct led_resource board_A_led = { .pin = GROUP_PIN(3,1), }; struct led_resource *get_led_resouce(void) { return &board_A_led; }
硬件操作
led_opr.h
#ifndef _LED_OPR_H #define _LED_OPR_H struct led_operations { int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */ int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */ }; struct led_operations *get_board_led_opr(void); #endifchip_demo_gpio.c
#include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/major.h> #include <linux/mutex.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/seq_file.h> #include <linux/stat.h> #include <linux/init.h> #include <linux/device.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/kmod.h> #include <linux/gfp.h> #include "led_opr.h" #include "led_resource.h" static struct led_resource *led_rsc; static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */ { //printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which); if (!led_rsc) { led_rsc = get_led_resouce(); } printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin)); switch(GROUP(led_rsc->pin)) { case 0: { printk("init pin of group 0 ...\n"); break; } case 1: { printk("init pin of group 1 ...\n"); break; } case 2: { printk("init pin of group 2 ...\n"); break; } case 3: { printk("init pin of group 3 ...\n"); break; } } return 0; } static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */ { //printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off"); printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin)); switch(GROUP(led_rsc->pin)) { case 0: { printk("set pin of group 0 ...\n"); break; } case 1: { printk("set pin of group 1 ...\n"); break; } case 2: { printk("set pin of group 2 ...\n"); break; } case 3: { printk("set pin of group 3 ...\n"); break; } } return 0; } static struct led_operations board_demo_led_opr = { .init = board_demo_led_init, .ctl = board_demo_led_ctl, }; struct led_operations *get_board_led_opr(void) { return &board_demo_led_opr; }
通用驱动软件操作
leddrv.c
#include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/major.h> #include <linux/mutex.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/seq_file.h> #include <linux/stat.h> #include <linux/init.h> #include <linux/device.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/kmod.h> #include <linux/gfp.h> #include "led_opr.h" #define LED_NUM 2 /* 1. 确定主设备号 */ static int major = 0; static struct class *led_class; struct led_operations *p_led_opr; #define MIN(a, b) (a < b ? a : b) /* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */ static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); return 0; } /* write(fd, &val, 1); */ static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) { int err; char status; struct inode *inode = file_inode(file); int minor = iminor(inode); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); err = copy_from_user(&status, buf, 1); /* 根据次设备号和status控制LED */ p_led_opr->ctl(minor, status); return 1; } static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file) { int minor = iminor(node); printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); /* 根据次设备号初始化LED */ p_led_opr->init(minor); return 0; } static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); return 0; } /* 2. 定义自己的file_operations结构体 */ static struct file_operations led_drv = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_drv_open, .read = led_drv_read, .write = led_drv_write, .release = led_drv_close, }; /* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */ /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ static int __init led_init(void) { int err; int i; printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv); /* /dev/led */ led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class"); err = PTR_ERR(led_class); if (IS_ERR(led_class)) { printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); unregister_chrdev(major, "led"); return -1; } for (i = 0; i < LED_NUM; i++) device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */ p_led_opr = get_board_led_opr(); return 0; } /* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数 */ static void __exit led_exit(void) { int i; printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); for (i = 0; i < LED_NUM; i++) device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */ device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0)); class_destroy(led_class); unregister_chrdev(major, "100ask_led"); } /* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */ module_init(led_init); module_exit(led_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
测试程序和Makefile
- ledtest.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
* ./ledtest /dev/100ask_led0 on
* ./ledtest /dev/100ask_led0 off
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
char status;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 写文件 */
if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
{
status = 1;
write(fd, &status, 1);
}
else
{
status = 0;
write(fd, &status, 1);
}
close(fd);
return 0;
}# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f ledtest
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
# leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
100ask_led-y := leddrv.o chip_demo_gpio.o board_A_led.o
obj-m += 100ask_led.o