Linux字符设备驱动程序开发(3)-LED驱动程序设计

1、设备控制理论

控制理论-作用

大部分驱动程序除了需要提供读写设备的能力外,还需要具备控制设备的能力。比如: 改变波特率。

设备控制-应用函数

在用户空间，使用ioctl系统调用来控制设备，原型如下:

int ioctl(int fd,unsigned long cmd,...)
fd: 要控制的设备文件描述符
cmd: 发送给设备的控制命令
…: 第3个参数是可选的参数，存在与否是依赖于控制命令(第 2 个参数 )。比如命令是设置波特率，第三个参数就应该是波特率的数字了；但如果命令是重启，则不需要第三个参数。

设备控制-驱动函数

当应用程序使用ioctl系统调用时，驱动程序将由如

下函数来响应：

1: 2.6.36 之前的内核

long (*ioctl) (struct inode* node ,struct file* filp, unsigned int cmd,unsigned long arg)

2：2.6.36之后的内核

long (*unlocked_ioctl) (struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

参数cmd: 通过应用函数ioctl传递下来的命令

所以在驱动开发的设计中，需要根据如下的方法，首先确定应用程序中使用了那么系统调用比如read、write、open，这些系统调用在内核中应该使用哪个函数，比如说sys_read,sys_write。然后再思考怎么样实现这个函数。

2、设备控制实现

控制实现-定义命令

命令从其实质而言就是一个整数, 但为了让这个整数具备更好的可读性，我们通常会把这个整数分为几个段：类型（8位），序号，参数传送方向，参数长度。

Type(类型/幻数): 表明这是属于哪个设备的命令。

Number( )序号 ，用来区分同一设备的不同命令

Direction：参数传送的方向，可能的值是 _IOC_NONE(没有数据传输), _IOC_READ, _IOC_WRITE（向设备写入参数）

Size： 参数长度

设备控制-定义命令

Linux系统提供了下面的宏来帮助定义命令:

_IO(type,nr)：不带参数的命令

_IOR(type,nr,datatype)：从设备中读参数的命令，datatype代表参数类型

_IOW(type,nr,datatype)：向设备写入参数的命令

比如：

#define MEM_MAGIC ‘m’ //定义幻数，用字符来代替十六进制的数值

#define MEM_SET _IOW(MEM_MAGIC, 0, int) //定义一个往设备中写入数据的命令

设备控制-实现操作

unlocked_ioctl函数的实现通常是根据命令执行的一个switch语句。但是，当命令号不能匹配任何一个设备所支持的命令时，返回-EINVAL.

编程模型：

Switch cmd

Case 命令A：

//执行A对应的操作

Case 命令B：

//执行B对应的操作

Default:

// return -EINVAL

3、动手实践

这里编写一个LED内核驱动代码、流程大概如下：
1、实现一个内核模块。
2、添加字符设备驱动框架。
3、在字符设备驱动中实现open和ioctl函数。
4、编写应用程序

驱动程序：

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

#include "led.h"
/*这里是mini2440板子上led对应io口的寄存器地址*/
#define GPBCON 0x56000010
#define GPBDAT 0x56000014

unsigned int *led_config;
unsigned int *led_data;

struct cdev led_cdev;//分配cdev
dev_t led_devno;//led设备号

/*led_open函数*/
int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//配置led的io口状态
//如果在逻辑程序中可以直接给寄存器赋值，但是linux内核中不行
//led_config = GPBCON;
//*led_config = 0x400;

//先把物理地址映射成虚拟地址http://blog.csdn.net/u013181595/article/details/73917937
led_config = ioremap(GPBCON, 4);
writel(0x15400, led_config);

led_data = ioremap(GPBDAT,4);

return 0;
}

/*led设备操作函数*/
long led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned int arg)
{
switch(cmd)
{
case LED_ON:
writel(0x000, led_data);
return 0;
case LED_OFF:
writel(0x1ff, led_data);
return 0;
default:
return -EINVAL;
}
}
/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations led_fops =
{
.open = led_open,
.unlocked_ioctl = led_ioctl,
};

static int led_init(void)
{
//初始化cdev
cdev_init(&led_cdev, &led_fops);

//注册cdev
alloc_chrdev_region(&led_devno, 0, 1, "myled");
cdev_add(&led_cdev, led_devno, 1);

//硬件初始化，可以放在这里，也可以放在open函数
return 0;
}

static void led_exit(void)
{
cdev_del(&led_cdev);/*注销设备*/
unregister_chrdev_region(led_devno, 1);/*释放设备号*/
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

Makefile:

obj-m := led.o

KDIR := /home/unix/NO.3/2-Linux/linux-mini2440

all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_CIMPILE=arm-linux- ARCH=arm

clean:
rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.bak *.order

led.h

#define LED_MAGIC 'l'
#define LED_ON _IO(LED_MAGIC, 0)
#define LED_OFF _IO(LED_MAGIC, 1)

led_app.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include "led.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int cmd;
if(argc < 2)
{
printf("please input second param!\n");
return 0;
}

fd = open("dev/myled",O_RDWR);
//将字符串转化为数字
cmd = atoi(argv[1]);

//命令为0灭，1为亮
if(cmd == 0)
{
ioctl(fd, LED_OFF);
}
else
{
ioctl(fd, LED_ON);
}
return 0;
}

编译模块及应用程序：
#make
#arm-linux-gcc led_app.c -o led_app

把led.ko和led_app拷贝到开发板中

安装模块：
#insmod led.ko

查看主设备号：
#cat /proc/device

创建设备文件：
#mknod  /dev/myled c 253 0

测试led：
#./led_app 0
#./led_app 1