Linux驱动之LED驱动编写

https://www.cnblogs.com/andyfly/p/9467702.html

从上到下，一个软件系统可以分为：应用程序、操作系统（内核）、驱动程序。结构图如下：我们需要做的就是写出open、read、write等驱动层的函数。一个LED驱动的步骤如下：

1、查看原理图，确定需要控制的IO端口

2、查看芯片手册，确定IO端口的寄存器地址

3、编写驱动代码

4、确定应用程序功能，编写测试代码。

5、编写Makefile，编译驱动代码与测试代码，在开发板上运行

1、查看原理图，确定需要控制的IO端口

打开原理图，确定需要控制的IO端口为GPF4、GPF5、GPF6。

2、查看芯片手册，确定IO端口的寄存器地址，可以看到它的基地址为0x56000050

 

3、编写驱动代码，编写驱动代码的步骤如下：

 1）、编写出口、入口函数。

　　a、首先利用register_chrdev函数如果第一个参数为0的话那么会自动分配一个主设备号为Firstmajor ；第二个参数firstled_drv会是这个字符设备的名称可以利用命令cat /proc/devices看到；第三个参数是它的first_drv_fops结构体，这个结构体是字符设备中最主要的，后面再说明。

　　b、接着利用class_create函数创建一个firt_drv_class类。它的第一个参数指向这个模块，第二个参数为类的名称。再利用class_device_create创建四个设备节点，第一个参数为类、第三个参数为设备号，第五个参数为设备节点的名称，第六个参数为次设备号。这样的话会在加载驱动之后自动在/dev目录下创建四个设备文件。

　　c、ioremap函数重映射函数，将物理地址转换成虚拟地址

　　d、a-c为驱动入口函数，在驱动出口函数会将a-c创建的东西全部删除。

　　e、module_init与module_exit表示在insmod与rmmod的时候内核会调用first_ledsdrv_init与first_ledsdrv_exit

/*
 * 执行insmod命令时就会调用这个函数 
 */
static int __init first_ledsdrv_init(void)
{
    int minor;//次设备号
    Firstmajor = register_chrdev(0, "firstled_drv", &first_drv_fops);//注册first_drv_fops结构体到字符设备驱动表,0表示自动分配主设备号
    if(Firstmajor<0)
    {
              printk(" first_drv can't register major number
");
              return Firstmajor;
        }

    firt_drv_class = class_create(THIS_MODULE, "leds");//创建类 
    
    firt_drv_class_dev[0] = class_device_create(firt_drv_class, NULL, MKDEV(Firstmajor, 0), NULL, "leds");//创建设备节点
    if (unlikely(IS_ERR(firt_drv_class_dev[0])))
            return PTR_ERR(firt_drv_class_dev[0]);

    for(minor=1;minor<4;minor++)
    {
        firt_drv_class_dev[minor] = class_device_create(firt_drv_class, NULL, MKDEV(Firstmajor, minor), NULL, "led%d",minor);//创建设备节点
        if (unlikely(IS_ERR(firt_drv_class_dev[minor])))
            return PTR_ERR(firt_drv_class_dev[minor]);
    }

    gpfcon = ioremap(0x56000050 , 16);//重映射，将物理地址变换为虚拟地址
    gpfdat = gpfcon + 1;
    
    printk("firstdrv module insmoded
");
    return 0;
}

/*
 * 执行rmmod命令时就会调用这个函数 
 */
static void __exit first_ledsdrv_exit(void)
{
    int i;
    for(i=0;i<4;i++)
        class_device_unregister(firt_drv_class_dev[i]);//删除设备节点
        
    class_destroy(firt_drv_class);//删除类

    iounmap(gpfcon);//删除重映射分配的地址
    
    unregister_chrdev(Firstmajor, "firstled_drv");//将rst_drv_fops结构体从字符设备驱动表中删除
    printk("firstdrv module rmmod
");
}


/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
module_init(first_ledsdrv_init);
module_exit(first_ledsdrv_exit);

 2）、添加file_operations 结构体，这个是字符设备驱动的核心结构，所有的应用层调用的函数最终都会调用这个结构下面定义的函数。

static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   first_ledsdrv_open,     
    .write    =    first_ledsdrv_write,       
};

其中THIS_MODULE在linux/module.h中定义，它执向__this_module的地址

84    extern struct module __this_module;
85    #define THIS_MODULE (&__this_module)

而__this_module这个变量是在编译的时候由modpost程序生成的，它的结构如下：

struct module __this_module
__attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
 .name = KBUILD_MODNAME,
 .init = init_module,
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
 .exit = cleanup_module,
#endif
};

3）、分别编写file_operations 结构体下的open、wrtie函数。当应用程序调用系统调用led设备的open与write时最终内核会定位到驱动层的open与write函数。

其中open函数的功能是根据打开的设备文件初始化相应的io口为输出口

static int first_ledsdrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int minor = MINOR(inode->i_rdev);//取得次设备号，根据次设备号来配置IO端口

    switch(minor)
        {
            case 0:
                *gpfcon &= ~((3 << 8)  | (3 << 10) | (3 << 12));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 8)  | (1 << 10) | (1 << 12));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize leds
");
                break;
            case 1:
                *gpfcon &= ~((3 << 8) );//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 8));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led1
");
                break;
            case 2:
                *gpfcon &= ~( (3 << 10));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ( (1 << 10) );//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led2
");
                break;
            case 3:
                *gpfcon &= ~((3 << 12));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 12));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led3
");
                break;
            default:break;
        }
    
    
//    printk("hello this is open
");
    return 0;
}

write函数的功能是根据设备文件以及向设备写入的值来操作相应的IO口做相应的动作

static ssize_t first_ledsdrv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
    char val;
    int ret;
    int minor = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);//根据文件取出次设备号
    
    ret = copy_from_user(&val, buf, count);//ret返回0表示拷贝成功

    if(!ret)
    {
        switch(minor)
        {
            case 0:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1 << 4) | (1<<5) | (1<<6));//点灯
                     printk("leds on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1 << 4) | (1<<5) | (1<<6));//灭灯
                    printk("leds off
");
                }
                break;
            case 1:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1 << 4));//点灯
                     printk("led1 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1 << 4));//灭灯
                    printk("led1 off
");
                }
                break;
            case 2:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1<<5));//点灯
                     printk("led2 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1<<5));//灭灯
                    printk("led2 off
");
                }
                break;
            case 3:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1<<6));//点灯
                     printk("led3 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1<<6));//灭灯
                    printk("led3 off
");
                }
                break;
            default:break;
        }
    }
    else
        printk("copy from user wrong!!!!%d  %d
",ret,count);
//    printk("hello this is write
");
    return 0;
}

4）、下面是整个LED驱动的整体代码

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/io.h>        //含有iomap函数iounmap函数
#include <asm/uaccess.h>//含有copy_from_user函数
#include <linux/device.h>//含有类相关的处理函数



static struct class *firt_drv_class;//类
static struct class_device *firt_drv_class_dev[4];//类下面的设备
static int Firstmajor;

static unsigned long *gpfcon = NULL;
static unsigned long *gpfdat = NULL;

static int first_ledsdrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int minor = MINOR(inode->i_rdev);//取得次设备号，根据次设备号来配置IO端口

    switch(minor)
        {
            case 0:
                *gpfcon &= ~((3 << 8)  | (3 << 10) | (3 << 12));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 8)  | (1 << 10) | (1 << 12));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize leds
");
                break;
            case 1:
                *gpfcon &= ~((3 << 8) );//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 8));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led1
");
                break;
            case 2:
                *gpfcon &= ~( (3 << 10));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ( (1 << 10) );//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led2
");
                break;
            case 3:
                *gpfcon &= ~((3 << 12));//先清0 :8,9,10,11,12,13
                *gpfcon |= ((1 << 12));//再置1:8,10,12break;
                printk("initialize led3
");
                break;
            default:break;
        }
    
    
//    printk("hello this is open
");
    return 0;
}


static ssize_t first_ledsdrv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
    char val;
    int ret;
    int minor = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);//根据文件取出次设备号
    
    ret = copy_from_user(&val, buf, count);//ret返回0表示拷贝成功

    if(!ret)
    {
        switch(minor)
        {
            case 0:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1 << 4) | (1<<5) | (1<<6));//点灯
                     printk("leds on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1 << 4) | (1<<5) | (1<<6));//灭灯
                    printk("leds off
");
                }
                break;
            case 1:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1 << 4));//点灯
                     printk("led1 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1 << 4));//灭灯
                    printk("led1 off
");
                }
                break;
            case 2:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1<<5));//点灯
                     printk("led2 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1<<5));//灭灯
                    printk("led2 off
");
                }
                break;
            case 3:
                if(val==1)
                {
                    *gpfdat &= ~((1<<6));//点灯
                     printk("led3 on
");
                }
                else if(val == 0)
                {
                    *gpfdat |= ((1<<6));//灭灯
                    printk("led3 off
");
                }
                break;
            default:break;
        }
    }
    else
        printk("copy from user wrong!!!!%d  %d
",ret,count);
//    printk("hello this is write
");
    return 0;
}


static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   first_ledsdrv_open,     
    .write    =    first_ledsdrv_write,       
};


/*
 * 执行insmod命令时就会调用这个函数 
 */
static int __init first_ledsdrv_init(void)
{
    int minor;//次设备号
    Firstmajor = register_chrdev(0, "firstled_drv", &first_drv_fops);//注册first_drv_fops结构体到字符设备驱动表,0表示自动分配主设备号
    if(Firstmajor<0)
    {
              printk(" first_drv can't register major number
");
              return Firstmajor;
        }

    firt_drv_class = class_create(THIS_MODULE, "leds");//创建类 
    
    firt_drv_class_dev[0] = class_device_create(firt_drv_class, NULL, MKDEV(Firstmajor, 0), NULL, "leds");//创建设备节点
    if (unlikely(IS_ERR(firt_drv_class_dev[0])))
            return PTR_ERR(firt_drv_class_dev[0]);

    for(minor=1;minor<4;minor++)
    {
        firt_drv_class_dev[minor] = class_device_create(firt_drv_class, NULL, MKDEV(Firstmajor, minor), NULL, "led%d",minor);//创建设备节点
        if (unlikely(IS_ERR(firt_drv_class_dev[minor])))
            return PTR_ERR(firt_drv_class_dev[minor]);
    }

    gpfcon = ioremap(0x56000050 , 16);//重映射，将物理地址变换为虚拟地址
    gpfdat = gpfcon + 1;
    
    printk("firstdrv module insmoded
");
    return 0;
}

/*
 * 执行rmmod命令时就会调用这个函数 
 */
static void __exit first_ledsdrv_exit(void)
{
    int i;
    for(i=0;i<4;i++)
        class_device_unregister(firt_drv_class_dev[i]);//删除设备节点
        
    class_destroy(firt_drv_class);//删除类

    iounmap(gpfcon);//删除重映射分配的地址
    
    unregister_chrdev(Firstmajor, "firstled_drv");//将rst_drv_fops结构体从字符设备驱动表中删除
    printk("firstdrv module rmmod
");
}


/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
module_init(first_ledsdrv_init);
module_exit(first_ledsdrv_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");//不加的话加载会有错误提醒
MODULE_AUTHOR("andylu");//作者
MODULE_VERSION("0.0.0");//版本
MODULE_DESCRIPTION("S3C2410/S3C2440 LED Driver");//简单的描述

 4、确定应用程序功能，编写测试代码。应用程序功能为打开不同设备文件操作不同的IO口。代码如下：

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



/*
  *  ledtest <dev> <on|off>
  */
void print_usage(char *file)
{
    printf("Usage:
");
    printf("%s <dev> <on|off>
",file);
    printf("eg. 
");
    printf("%s /dev/leds on
", file);
    printf("%s /dev/leds off
", file);
    printf("%s /dev/led1 on
", file);
    printf("%s /dev/led1 off
", file);
}


int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    char* filename=NULL;
    char val;
    
    filename = argv[1];
    
    fd = open(filename, O_RDWR);//打开dev/firstdrv设备文件
    if (fd < 0)//小于0说明没有成功
    {
        printf("error, can't open %s
", filename);
        return 0;
    }
    
    if(argc !=3)
    {
        print_usage( argv[1]);//打印用法
    }

    if(!strcmp(argv[2], "on"))
        val = 1;
   else
       val = 0;
   
    write(fd, &val, 1);//操作LED
    
   return 0;
}

5、编写Makefile，编译驱动代码与测试代码，在开发板上运行

Makefile源码如下：

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6

all:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules //M='pwd'表示当前目录。这句话的意思是利用内核目录下的Makefile规则来编译当前目录下的模块

clean:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
        rm -rf modules.order

obj-m   +=first_drv.o//调用内核目录下Makefile编译时需要用到这个参数

1）、然后在当前目录下make后编译出first_drv.ko文件

2）、arm-linux-gcc -o first_test first_test.c编译出first_test测试程序

3）、cp first_drv.ko first_test /work/nfs_root将编译出来的文件拷贝到开发板挂接的网络文件系统上

4）、执行insmod first_drv.ko加载驱动。

5）、./first_test /dev/leds on测试程序，灯全部被点亮，成功运行。