2017-2018-1 20155201 实验四 外设驱动程序设计

2017-2018-1 20155201 实验四 外设驱动程序设计

一、学习笔记：

1. 本章内容：
   Linux设备驱动的基本概念
   Linux设备驱动程序的基本功能
   linux设备驱动的运作过程
   常见设备驱动接口函数
   掌握LCD设备驱动程序编写步骤
   掌握键盘设备驱动程序编写步骤

2. 设备驱动简介

   • 设备驱动程序是内核的一部分。

   • OS通过各种驱动程序来操作硬件设备，设备驱动程序是内核的一部分，硬件驱动程序是OS最基本的组成部分。

   • Linux将最基本的核心代码编译在内核当中，其他代码编译到内核或者内核的模块文件，需要时再加载。常见的内核模块驱动程序比如声卡和网卡，linux基础驱动包括CPU，PCI总线，TCP/IP协议，APM(高级电源管理)等。

   • 加载驱动就是加载内核模块。

   • lsmod列出当前系统中加载的模块

   • 设备驱动程序与外界的接口

   • 

   • 设备驱动程序必须为内核或者其子系统提供一个标准接口。

3. 设备驱动编程

   • 设备驱动程序以模块的方式动态加载到内核中。在驱动开发时没有main()函数，模块在调用insmod命令时被加载，在该函数中完成设备的注册。调用rmmod命令时被卸载。设备完成注册加载后，用户的应用程序可以对该设备进行一定的操作，如open()、read()、write()等。

4. 字符设备的注册

   • 在内核中使用struct cdev结构来描述字符设备，我们在驱动设备中将已分配到的设备号以及设备操作接口(struct file_operations结构)赋予struct cdev结构变量。
   • 使用cdev_alloc()函数向系统申请分配struct cdev结构，再用cdev_init()函数初始化已分配到的结构与file_operations结构关联。
   • 调用cdev_add()函数将设备号与struct cdev结构进行关联并向内核正式报告新设备的注册，新设备可以使用了。

5. 设备驱动结构函数

   • 打开设备的函数接口open()
   • 释放设备的函数接口realease()
   • 读写设备read() write()函数

   #include <linux/fs.h>
   
   ssize_t (*read) (struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp)  
   ssize_t (*write) (struct file *filp, const char *buff, size_tc count, loff_t *offp)
   //*filep文件指针，buff指向用户缓冲区，count传入数据长度，offp用户在文件中的位置
   //返回值：写入的数据长度
   
   

   • 实现用户空间与内核空间数据交换的函数copy_to_user()和copy_from_user()，同时检查用户空间指针是否有效，如无效，不进行复制。

   #include <asm/uaccess.h>
   unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long count)
   unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long count)
   
   //to数据目的缓冲区，from数据源缓冲区，count数据长度
   //返回值：写入的数据长度。失败：EFAULT
   
   

   • 硬件配置和控制,ioctl()函数接口给用户提供对设备的非读写操作机制。

   #include <linux/fs.h>
   int (*ioctl) (sturct inode *inode, sturct file *filp,unsigned int cmd, unsigned long arg)
   //inode：文件的内核内部结构指针，filp：文件描述符，cmd命令类型，arg命令相关参数
   

   • 以字节为单位分配内存的函数kmalloc()

   #include <linux/malloc.h>
   void *kmalloc(unsigned int len, int flags)
   //len：希望申请的字节数
   //flags：GFP_KERNEL,GFP_BUFFER,GFP_ATOMIC,GFP_USER,GFP_HIGHUSER,__GFP_DMA,__GFP_HIGHMEN
   //成功：写入的数据长度。
   //失败：-EFAULT
   

   • 以页面为单位分配内存的函数：get_free_page()

   #include <linux/malloc.h>
   unsigned long get zeroed_page(int flags)
   unsigned long __get_free_page(int flags)
   unsigned long __get_free_page(int flags, unsigned long order)
   unsigned long __get_dma_page(int flags, unsigned long order)
   //order:要请求的页面数，以2为底的对数
   //成功：返回指向新分配的页面的指针
   //失败：-EFAULT
   

   • 打印信息printk()与printf()类似。

   #include <linux/kernel>
   int printk(const char *fmt,……)
   //fmt：日志级别
   //……：同printf，比如%d,%x
   //成功：0
   //失败：-1
   

二、嵌入式Linux应用程序开发标准教程第十一章test实验

1. 编写Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/ 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 /* 将生成的模块为 test_drv.ko*/ 
endif

需要注意的问题是比如clean:后面一行必须tab键开头。
运行截图：

2. 加载模块的脚本：

#!/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}

3. 编译test.c并执行
   

4. 卸载模块

#!/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

三、实验代码调试中遇到的问题及解决方案

• 问题1：Makefile失败

• 问题1解决方案：

  • 失败可能有以下原因：未按Makefile标准格式书写文件，比如tab键分隔符
  • 内核编译路径未找准

  cd /usr/src
  ls  //可以看到内核路径
  

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