基于OMAPL138的Linux字符驱动_GPIO驱动AD9833(二)之cdev与read、write

0. 导语

在上一篇博客里面， 中使用#include <linux/miscdevice.h>中的miscdevice机制，在呢篇博客中使用宋宝华的Linux驱动设备中提供的cdev机制完成注册，

根据参考文献[1]中所说：

misc设备其实也是字符设备，主不过misc设备驱动在字符设备的基础上又进行了一次封装，使用户可以更方便的使用。

在本次实验中确实印证了使用cdev比较复杂，且加载ko模块驱动之后还需要查看设备号，手动mknod节点，而且在卸载驱动的时候也是非常繁琐的，但在这里本着学习的目的也进行了实验，后续的开发会使用miscdevice机制而不使用cdev机制

本次实验主要针对字符设备的：

• cdev注册设备
• read函数的使用
• write函数的使用

在上一篇博客，只能用ioctl函数进行一个字节的幻数进行指令通信，但无法传输类似于设置频率指令。如果传递这样的参数，只需要使用write和read函数完成数据的传递。

1. cdev的使用

cdev的定义

cdev的定义信息包含在#include <linux/cdev.h>头文件中，需要使用cdev当然要定义cdev的结构体了，我们将cdev的信息定义在了我们的设备定义struct ad9833下。

AD9833 结构体定义：

struct ad9833_t {

    struct ad9833_hw_t hw;
    struct ad9833_t *self;
    enum ad9833_wavetype_t wave_type;

    struct  cdev    cdev;
    unsigned char   mem[ AD9833_SIZE ];

    unsigned int delay;

    void (*write_reg)   ( AD9833 *self, unsigned int reg_value);
    void (*init_device) ( AD9833 *self );
    void (*set_wave_freq)( AD9833 *self , unsigned long freqs_data);
    void (*set_wave_type)( AD9833 *self, enum ad9833_wavetype_t wave_type );
    void (*set_wave_phase)( AD9833 *self, unsigned int phase );
    void (*set_wave_para)( AD9833 *self, unsigned long freqs_data, unsigned int phase, enum ad9833_wavetype_t wave_type );
};

结构体内的struct cdev cdev就为我们使用的cdev目的就是向Linux内核申请自己的位置。

创建主设备号和次设备号

使用cdev需要向内核申请一个空间，则需要有一个主设备号提交给内核，我们可以使用Linux内核提供的一套宏函数来进行设备好的申请。通常的做法在设备init的函数里面。

MK_MAJOR( major, minor ); major 主设备号和 minor 次设备号，同款型的第二个设备次设备就是 2 以此类推。

#define             AD9833_MAJOR                230
dev_t devno;
devno    =   MKDEV( AD9833_MAJOR, 0 );

这个号码在我们mknod的时候比如，#mknod /dev/AD9833-ADI c 230 0 这个地方就会用到了。

cdev注册

int register_chrdev_region( dev_t from, unsigned int size, const char *name );

int alloc_chrdev_region( dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count );

两个函数完成注册，第一个用于已知设备号的情况下，alloc那个用于未知设备号的，他会帮你分配设备号码。这里我们当然使用register_chrdev_region，里面第一个参数dev_t from就是我们上一个定义的dev_t devno = MKDEV(..)那个。

cdev初始化程序

dev_t   devno;
static int __init ad9833_dev_init( void )
{
    int     i,ret;
    int     index_minor = 0;
    int     mk_major;

    /*
     * cdev alloc and release device code.
     * */
    devno = MKDEV( ad9833_major, index_minor );
    mk_major    =   MKDEV(ad9833_major, 0);
    if( ad9833_major ) {
        ret = register_chrdev_region( devno, 1, DRV_NAME );
    }else {
        ret = alloc_chrdev_region( &devno, 0, 1, DRV_NAME );
        ad9833_major    =   MAJOR(devno);
    }
    if( ret < 0 ) {
        printk(DRV_NAME "\t cdev alloc space failed.\n");
        return ret;
    }
    /*
     * AD9833 new device
     * */
    printk( DRV_NAME "\tApply memory for AD9833.\n" );
    ad9833 = ad9833_dev_new();
    if( !ad9833 ) {
        ret = -ENOMEM;
        printk(DRV_NAME "\tad9833 new device failed!\n" );
        goto fail_malloc;
    }

    /*
     * AD9833 init gpios.
     * */
    printk( DRV_NAME "\tInititial GPIO\n" );

    for ( i = 0; i < 3; i ++ ) {
        ret =   gpio_request( ad9833_gpios[i], "AD9833 GPIO" );
        if( ret ) {
            printk("\t%s: request gpio %d for AD9833 failed, ret = %d\n", DRV_NAME,ad9833_gpios[i],ret);
            return ret;
        }else {
            printk("\t%s: request gpio %d for AD9833 set succussful, ret = %d\n", DRV_NAME,ad9833_gpios[i],ret);
        }
        gpio_direction_output( ad9833_gpios[i],1 );
        gpio_set_value( ad9833_gpios[i],0 );
    }

    /*
     * cdev init.
     * */
    cdev_init( &ad9833->cdev, &ad9833_fops );
    ad9833->cdev.owner  =   THIS_MODULE;
    ret = cdev_add( &ad9833->cdev, mk_major,1 );
    if( ret ) {
        printk( KERN_NOTICE "Error %d adding ad9833 %d", ret, 1 );
        return ret;
    }

    //ret = misc_register( &ad9833_miscdev );
    printk( DRV_NAME "\tinitialized\n" );
    return 0;

    fail_malloc:
    unregister_chrdev_region( mk_major,1 );
    return ret;

}

cdev的释放设备

rmmod之后设备要进行释放，这个地方必须正确释放，否则我们下载安装模块的时候只能重启。
void unregister_chrdev_region( dev_t from, unsigned count )，进行设备的释放。

static void __exit ad9833_dev_exit( void )
{
    int i;
    for( i = 0; i < 3; i++) {
        gpio_free( ad9833_gpios[i] );
    }
    //misc_deregister( &ad9833_miscdev );
    unregister_chrdev_region( devno,1 );

}

cdev设备的使命就完成了。

2. file read write操作

需要在file_operations结构体里面指定read和write函数：

file_operations结构体参数：

static struct file_operations ad9833_fops = {

        .owner              =   THIS_MODULE,
        .read               =   ad9833_driver_read,
        .write              =   ad9833_driver_write,
        .unlocked_ioctl     =   ad9833_ioctl,
};

这里面ad9833_driver_read和ad9833_driver_write函数就指定了读写函数。这里有个对应问题，正常思维是用户的write函数对应内核驱动的read函数，用户的read函数对应内核驱动的write函数，但这里面，用户的read函数对应的是内核的read函数，用户的write函数也是对应内核的write函数。所以，当用户写应用程序write数据的时候，我们应该在ad9833_write函数里面读取这个数据处理，当对方read的时候，我们需要在ad9833_read里面进行处理read事件。

read函数

static ssize_t
ad9833_driver_read( struct file *filp, const char __user *buffer, size_t size, loff_t *f_pos )
{
    unsigned long   p       =   *f_pos;
    unsigned int    count   =   size;
    int             ret     =   0;

    if ( p >= AD9833_SIZE )
        return 0;
    if ( count > AD9833_SIZE - p )
        count = AD9833_SIZE - p;
    if ( copy_to_user( buffer, ad9833->mem + p, count) ) {
        ret =   -EFAULT;
    }else {
        *f_pos += count;
        ret =   count;
        printk( DRV_NAME "\tread %u bytes from %lu\n", count, p );
    }
    return ret;
}

这里有个特殊的处理，copy_to_user函数，对于用户传递进来的指针，对其直接进行读取写入很危险的，所以这里使用copy_to_user把数据传递给用户，比较安全。

write函数

static ssize_t
ad9833_driver_write( struct file *filp, const char __user *buffer, size_t size, loff_t *f_pos )
{
    unsigned long   p       =   *f_pos;
    unsigned int    count   =   size;
    int             ret     =   0;

    if ( p >= AD9833_SIZE )
        return 0;
    if ( count > AD9833_SIZE - p )
        count = AD9833_SIZE - p;

    memset( ad9833->mem,0, AD9833_SIZE );

    if ( copy_from_user( ad9833->mem + p, buffer, count) ) {
        ret =   -EFAULT;
    }else {
        *f_pos += count;
        ret =   count;
        printk( DRV_NAME "\twrite %u bytes from %lu\n", count, p );
        printk( DRV_NAME "\tRecv: %s \n", ad9833->mem + p );
        printk( DRV_NAME "\tSet freq is: %d \n", simple_strtol(ad9833->mem + p,"str",0) );
        ad9833->set_wave_freq(ad9833, simple_strtol(ad9833->mem + p,"str",0) );
    }
    return ret;
}

同理，直接操作用户传递进来的指针，很危险的，在write函数里copy_from_user进行数据转移交换，完成处理。这个write函数里面，用户通过write函数向驱动写入指令信息，然后解析出来，得到频率控制字，完成运算。

运行程序

把内核文件uImage拷贝到目标板子，把ad9833.ko文件也拷贝到目标板。

1) 加载驱动

#insmod ad9833.ko

2) 查看驱动挂载情况

#cat /proc/devices

3) 制作设备节点

#mknod /dev/AD9833-ADI c 230 0

就可以看见/dev/AD9833-ADI的节点了。

4) 运行测试程序

/*
CROSS=arm-none-linux-gnueabi-
all: ad9833_test
ad9833_test: ad9833_test.c
    $(CROSS)gcc -o ad9833_test.o ad9833_test.c -static
clean:
    @rm -rf ad9833_test *.o
 * */

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

#define             AD9833_MAGIC                'k'
#define             CMD_TYPE_SIN                _IO( AD9833_MAGIC, 0)
#define             CMD_TYPE_TRI                _IO( AD9833_MAGIC, 1)
#define             CMD_TYPE_SQE                _IO( AD9833_MAGIC, 2)


const char dev_path[]="/dev/AD9833-ADI";

int main(int argc , char *argv[])
{

    int fd = -1, i = 0;

    printf("ad9833 test program run....\n");


    fd = open(dev_path, O_RDWR|O_NDELAY);  // 打开设备
    if (fd < 0) {
        printf("Can't open /dev/AD9833-ADI\n");
        return -1;
    }

    printf("open device.\n");

    if( strcmp(argv[1],"1") == 0 ) {
        ioctl(fd, CMD_TYPE_SIN, 5);
        printf("argc = %d,sine wave = %s \n", CMD_TYPE_SIN, argv[1]);
    }else if(  strcmp(argv[1],"2") == 0 ) {
        ioctl(fd, CMD_TYPE_TRI, 1);
        printf("argc = %d,tri wave = %s \n", CMD_TYPE_TRI,argv[1]);
    }else{
        ioctl(fd, CMD_TYPE_SQE, 1);
        printf("argc = %d,sqe wave = %s \n", CMD_TYPE_SQE, argv[1]);
    }
    write(fd, argv[2], strlen(argv[2]));

    printf("argc = %d\n", argc);
    close(fd);
    return 0;
}

编译成.o文件运行：

#mknod /dev/AD9833-ADI c 230 0

得到效果。

源代码下载

链接: 密码: 5ptq

参考文献

[1] xiaobu1990, , 2014年10月15日