实验四外设驱动程序设计

实验四外设驱动程序设计

学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章

• 设备驱动概述：
• 对设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动” 。设备驱动与底层硬件直接打交道， 按照硬件设备的具体工作方式读写设备寄存器， 完成设备的轮询、 中断处理、DMA 通信，进行物理内存向虚拟内存的映射，最终使通信设备能够收发数据，使显示设备能够显示文字和画面，使存储设备能够记录文件和数据。此可见，设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带，它使得应用软件只需要调用系统软件的应用编程接口（API）就可让硬件去完成要求的工作。在系统中没有操作系统的情况下，工程师可以根据硬件设备的特点自行定义接口，自己为函数命名。而在有操作系统的情况下，设备驱动的架构则由相应的操作系统定义，驱动工程师必须按照相应的架构设计设备驱动，这样，设备驱动才能良好地整合到操作系统的内核中。
• 字符设备：是指只能一个字节一个字节读写的设备，不能随机读取设备内存中的某一数据，读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。
• 块设备：是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。
• 每一个字符设备或块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作字符设备和块设备。
• 康奈尔学习笔记：
• 

在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验

• 代码：

#include <linux/module.h> 
#include <linux/init.h> 
#include <linux/fs.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/slab.h> 
#include <linux/types.h> 
#include <linux/errno.h> 
#include <linux/cdev.h> 
#include <asm/uaccess.h> 
#define     TEST_DEVICE_NAME    "test_dev" 
#define        BUFF_SZ                1024 
 
/*全局变量*/ 
static struct cdev test_dev; 
unsigned int major =0; 
static char *data = NULL; 
 
/*读函数*/ 
static ssize_t test_read(struct file *file,char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
 {
     int len;
     if (count < 0 ) 
    {
         return -EINVAL;
     }
     len = strlen(data);
     count = (len > count)?count:len;
     if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 } 
/*写函数*/ 
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos) 
{
     if(count < 0)
     {
         return -EINVAL;
     }
     memset(data, 0, BUFF_SZ);
         count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
     if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 }
 /*打开函数*/
 static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
     printk("This is open operation
"); 
    /* 分配并初始化缓冲区*/
     data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL); 
    if (!data) 
    {
         return -ENOMEM;
     } 
 memset(data, 0, BUFF_SZ);
      return 0;
 }
 /*关闭函数*/
 static int test_release(struct inode *inode,struct file *file) 
{
     printk("This is release operation
");
     if (data)
     {
         kfree(data);
 /* 释放缓冲区*/
         data = NULL; /* 防止出现野指针 */
     }
     return 0;
 } 
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/ 
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor, struct file_operations *fops) 
{
     int err, devno = MKDEV(major, minor);
     cdev_init(dev, fops);
     dev->owner = THIS_MODULE;
     dev->ops = fops;
     err = cdev_add (dev, devno, 1);
     if (err)

     {
         printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
     }
 } 
 
/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */ 
static struct file_operations test_fops =
  {
     .owner   = THIS_MODULE,
     .read    = test_read, 
     .write   = test_write,
     .open    = test_open,
     .release = test_release, 
}; 
 
/*模块注册入口*/
 int init_module(void)
 {
     int result;
     dev_t dev = MKDEV(major, 0); 
 
    if (major)
     {/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用 cat /proc/devices 来查看*/
      result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     }
     else
      {
         result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     } 
 
    if (result < 0)
      {
         printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d
", major);
         return result;
     }
     test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
     printk("The major of the test device is %d
", major);
     return 0;
 } 
 
/*卸载模块*/ 
void cleanup_module(void)
  {
     cdev_del(&test_dev);
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
     printk("Test device uninstalled
");
 } 

KERNELDIR=/usr/src/4.4.0-101-generic

ifeq ($(KERNELRELEASE),) 
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build 
PWD := $(shell pwd)
modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules 
modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install 
clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions 
.PHONY: modules modules_install clean 
else
    obj-m := test_drv.o   
endif 

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"    
# 设备名称。在/proc/devices中出现
device="test_dev"    
# 设备文件的属性
mode="664"            
group="david"        
 
# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device} 
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到创建设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\$2=="$device" {print \$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

#!/bin/sh
module="test_drv"    
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define     TEST_DEVICE_FILENAME        "/dev/test_dev"        /* 设备文件名*/
#define        BUFF_SZ                        1024                /* 缓冲大小 */
 
int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ];        /*缓冲区*/
    /* 打开设备文件 */
    fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
        
    do
    {
        printf("Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):");
        memset(buff, 0, BUFF_SZ);
        if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
        {
            perror("fgets");
            break;
        }
        buff[strlen(buff) - 1] = '';
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 从设备读取数据 */
        {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s
", buff);
        }
    } while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

• 运行截图：
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