字符设备驱动----LED驱动程序

一. 概念介绍

一般用户在应用程序里调用的 open, read, write 函数是 c 库的函数， 
这些函数会触发 swi val异常，从而引发系统调用，进入到内核空间， 
内核通过VFS（virtual Filesystem）来实现调用不同的驱动函数。 
 
例如：我们有一个函数，

int main()
{
    int fd1, fd2;
    int val = 1;

    fd1 = open("/dev/led", O_RDWR);
    write(fd1, &val, 4);

    fd2 = open("hello.txt", O_RDWR);
    write(fd2, &val, 4);
}

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函数里相同的open、write函数，引发的不同的行为，一个是操控硬件，一个是写文件。 
简单的调用关系如下： 
用户 –> 系统调用 –> 驱动程序 
open –> sys.open –> led.open 
write –> sys.write –> led.write

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二. 字符设备驱动框架

实现步骤： 
1. 实现驱动的 led.open, led.write, led.read 操作 
2. 定义file_operations结构体, 把驱动函数填充到里面 
3. 把这个结构告诉内核， 通个函数 register_chrdev(major, “first_drv”, &first_drv_fops) 来实现 
4. 谁来调用注册函数 –>驱动的入口函数来调用这个注册函数， first_drv_init 
5. 修饰一下这个函数入口函数，module_init(first_drv_init)

//第一步：驱动功能实现
static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    //printk("first_drv_open\n");
    return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, 
        const char __user *buf, 
        size_t count, 
        loff_t * ppos)
{
    //printk("first_drv_write\n");
    return 0;
}

//第二步：定义结构体，并把驱动函数填充进去
static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,
    .open　=   first_drv_open,
    .write　=    first_drv_write,       
};

//第四步：实现驱动入口函数
int major;
static int first_drv_init(void)
{
    //第三步：把结构体告诉内核
    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops);// 注册告诉内核

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "first_drv"); // 卸载
}

//第五步：修饰入口函数，及退出函数
module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);

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三. 关联 [设备号] 与 [设备节点]

设备号要与设备结点关联起来，才能通过open(“/dev/xyz”)方便的操作。 
1. 设置主设备号 
驱动程序可以自动分配主设备号， 也可以手工指定

// 设置为 0 时是系统自动分配主设备号
major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); 
// 通过 [cat /proc/device] 看一下系统为我们的first_drv分配的设备号是多少

// 手动分配 111主设备号给 first_drv
register_chrdev(111, "first_drv", &first_drv_fops); 

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2. 设置设备节点 
当应该程序 执行 open(“/dev/xyz”) 操作时，这个/dev/xyz怎么来的 
2.1 手动创建

// 创建设备节点
mknod /dev/xyz c（表示是字符设备） 主设备号 次设备号

//查看设备信息：
ls -l /dev/xyz

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2.2 自动创建 
mdev – 根据系统信息创建设备节点

int major;
static int first_drv_init(void)
{
    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops);

    //创建设备信息，执行后会出现 /sys/class/firstdrv
    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv"); 

    //创建设备节点，就是根据上面的设备信息来的
    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class,
    NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "first_drv");

    //删除节点及信息
    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
}

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四. 完善LED驱动

完善LED驱动，也就是硬件的操作。 
单片机中可以直接操作物理地址，但在驱动里只能操作虚拟地址 
虚拟地址怎么来的，用 ioremap( ) 函数来映射，映射完后操作虚拟地址就像操作物理地址一样。

static int first_drv_init(void)
{
    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops);
    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class,
    NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz");

    //映射 GPIO 的物理地址 0x56000050 到虚拟地址, gpfcon操作的是虚拟地址
    gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); 
    gpfdat = gpfcon + 1;

    return 0;
}

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映射完后，就可以操作这些地址，来控制硬件寄存器

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    //printk("first_drv_open\n");
    /* 配制GPF4为输出 */
    *gpfcon &= ~((0x3<<(4*2)) | (0x3<<(5*2)) | (0x3<<(6*2)));
    *gpfcon |= ((0x1<<(4*2)) | (0x1<<(5*2)) | (0x1<<(6*2)));
    return 0;
}

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另外，当用户空间的数据要传到内核空间里，同样不能直接用， 
也要通过 copy_from_user() 函数，把用户空间的值传到内核空间里。

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, 
    const char __user *buf, 
    size_t count, loff_t * ppos)
{
    int val;

    //printk("first_drv_write\n");

    //把用户空间的值 copy 给内核空间
    copy_from_user(&val, buf, count); //    copy_to_user();

    if (val == 1)
    {
        // 点灯
        *gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
    }
    else
    {
        // 灭灯
        *gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6);
    }

    return 0;
}