2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计

2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计
一、学习笔记：

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

课下笔记：

• 

• 

学习笔记中得到问题与解决

什么是Linux内核？

• 内核是我们通常所说的“Linux技术奇迹”的最重要特征
• 内核既是操作系统的心脏，也是它的大脑，因为内核控制着基本的硬件。内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享的写时拷贝(copy-on-write)可执行程序和TCP/IP网络功能
• Linux内核本身并不是操作系统，它是一个完整操作系统的组成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux发行商都采用Linux内核，然后加入更多的工具、库和应用程序来构建一个完整的操作系统

register_chrdev()为什么逐渐被淘汰？有什么缺点？

• register_chrdev()分为静态注册和动态注册，而新型的注册将静态注册和动态注册分为两个个体，解决了前者产生资源浪费的问题

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。

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。

• 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。

• 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

• 

具体实验操作：

1. 先给脚本文件增加可执行权限：

chmod +x ./test_drv_load

2. 再以管理员身份运行加载脚本：

sudo ./test_drv_load

3. 加载成功

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4. 编译运行

test.c

5. 编译：

gcc -o test test.c

6. 运行

：./test

7. 根据提示输入学号信息

• 

• 

8. 卸载模块

• 先给脚本文件增加可执行权限：

chmod +x ./test_drv_unload

• 再以管理员身份运行加载脚本：

sudo ./test_drv_unload

实验过程中遇到的问题

问题一：自己的虚拟机上不能编译运行代码。

• 解决：发现是自己的虚拟机内核与实验所需的不同，用实验一用到的老师的虚拟机，可以运行。

问题二：遇到missing separator stop的错误。

• 解决：把行首的空格改为了tab。

问题三：运行load脚本出现错误insmod: error inserting './test_drv.ko': -1 File exists

• 这个原因一般是因为，运行过./test_drv_load（没加sudo），但是失败了，但是运行到了加载驱动的模块的语句，驱动已经加载，所以再次运行加载模块会提示该错。

根据书第十一章最后关于字符设备的test实验中代码，将test_drv.c，test.c，Makefile，test_drv_load，test_drv_unload文件敲入，保存在文件夹内。[注]：敲入书中代码时要多检查，避免错误。

这是test_drv.c的源代码：

#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



static struct cdev test_dev;

unsigned int major =0;

static char *data = NULL;



/*º¯ÊýÉùÃ÷*/

static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos);

static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer, size_t count,loff_t *f_pos);

static int test_open(struct inode *inode, struct file *file);

static int test_release(struct inode *inode,struct file *file);



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))

    {

        return -EFAULT;

    }

    return count;

}



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))

    {

        return -EFAULT;

    }

    return count;

}



static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

    printk("This is open operation
");

    data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);

    if (!data)

    {

        return -ENOMEM;

    }

    memset(data, 0, BUFF_SZ);

    return 0;

}



static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)

{

    printk("This is release operation
");

    if (data)

    {

        kfree(data);

        data = NULL;

    }

    return 0;

}



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);

    }

}


static struct file_operations test_fops = 

{

    .owner   = THIS_MODULE,

    .read    = test_read,

    .write   = test_write,

    .open    = test_open,

    .release = test_release,

};



int init_module(void)

{

    int result;

    dev_t dev = MKDEV(major, 0);



    if (major)

    {

        result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);

    }

    else 

    {

        result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);

        major = MAJOR(dev);

    }



    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;

}

void cleanup_module(void) 

{

    cdev_del(&test_dev);

    unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);

    printk("Test device uninstalled
");

}

test.c

#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"

#define     BUFF_SZ             1024



int main()

{

    int fd, nwrite, nread;

    char buff[BUFF_SZ];



    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)

        {

            perror("write");

            break;

        }

        

        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)

        {

            perror("read");

            break;

        }

        else

        {

            printf("The read string is from kernel:%s
", buff);

        }

        

    } while(strncmp(buff, "quit", 4));

    

    close(fd);

    exit(0);

}

Makefile：

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

test_drv_load脚本内容如下：

#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
mode="664"
group="david"


# remove stale nodes
rm -f /dev/${device} 

# invoke insmod with all arguments we got
# and use a pathname, as newer modutils don't look in . by default
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1

major=`cat /proc/devices | awk "\$2=="$device" {print \$1}"`

mknod /dev/${device} c $major 0

# give appropriate group/permissions
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

test_drv_unload脚本内容:

#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"

# invoke rmmod with all arguments we got
/sbin/rmmod $module $* || exit 1

# remove nodes
rm -f /dev/${device}

exit 0

实验体会与总结：

• 本周学习了嵌入式Linux应用程序开发，来做这个实验。
• 嵌入式系统属于：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置，是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
• Linux基础部分从Linux的安装过程、基本操作命令学起，通过了解嵌入式Linux的环境搭建，以及嵌入式Linux的I/O与文件系统的开发、进程控制开发、进程间通信开发和实践，让我对嵌入式这个词有了更为深入的了解
• 虽然一些实验具体的步骤只是照猫画虎，但是我还是对嵌入式系统有了一定的思路。这次实验使用康奈尔笔记，与之前只是看从不动笔做比较，让我学习的条理性有了很大的提升。而老师发的那张纸中左边是重点部分，右边是笔记部分让我更有条理性，更好的把握住了重点。让我的学习效率有了显著的提升。-