Linux驱动
Linux驱动入门系列
Linux驱动入门(一)字符设备驱动基础
文章目录
一、驱动简介
Linux驱动分为字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动
-
字符设备驱动
字符设备指必须以串行顺序依次访问的设备,如led、触摸屏、鼠标等
通过open、close、read、write等系统调用访问
-
块设备驱动
块设备可以按任意顺序访问,以块为单位进行操作,如硬盘、EMMC等
块设备和字符设备的驱动设计有很大的差异,但是也可以通过open、close、read、write等系统调用进行访问,不过一般都是使用文件系统来进行管理
-
网络设备驱动
网络设备是面向数据包的接收和发送设计的,在文件系统中并没有对应的设备结点,通过socket接口进行访问
本文主要讲解字符设备
二、字符设备驱动概念
Linux下一切皆文件,例如一个led设备,在文件系统中表现为一个设备节点/dev/led
,应用层通过open、read、write等系统调用就可以控制led
例如想让led亮,就打开设备文件写1
int fd;
int val = 1;
fd = open("/dev/led", xxx);
write(fd, &val, sizeof(val));
12345
这样就可以使得led被点亮了
现在思考一个问题,为什么这样就可以使led点亮?
要想让led点亮,必须操作硬件,操作硬件这部分工作就是led的驱动所完成的
最简单的方式就是,应用层对led进行open操作,那么就对应led驱动程序中的一个led_open
。应用层对led进行write操作,就对应led驱动程序的一个led_write
操作,然后在led_write
操作中去操控硬件,进而控制led
那么对led设备节点进行open、write系统调用,怎么才能调用到驱动程序的led_open、led_write呢?
当应用层调用open、read、write等操作时,会引发一个异常,导致系统变为内核态,然后再去执行相应的系统调用sys_open
、sys_read
、sys_write
等
在sys_open
、sys_read
、sys_write
中会去找到相应的驱动程序,然后再调用驱动程序的open
、read
、write
去操作硬件
如下图所示
那么在虚拟文件系统中调用sys_open,是怎么找到led驱动程序而不是其他驱动呢?
首先介绍一下设备号
每一个设备都有一个设备号,使用32位表示,其中高12位表示主设备号,低20位表示次设备号
使用ls /dev/led -l
查看设备,可以得到下面信息
crw-rw---- 1 root 0 10, 131 Jan 1 12:00 /dev/led
1
其中10, 131
表示设备号,10表示主设备号,131表示次设备号
为了方便理解,我们可以认为内核中有一个字符设备数组,以主设备号
为下标,字符设备
本身为数组元素,字符设备中有一个文件操作集
,设置了一系列的操作函数(如led_open、led_write、led_read)
sys_open
等系统调用通过设备文件的主设备好找到数组中的一项,通过字符设备的文件操作集合调用到led驱动中的led_open
等函数
字符设备驱动就是要完善这个fops(文件操作集),然后指定设备号,向内核注册字符设备
三、注册字符设备
首先看一下字符设备对象
struct file_operations {
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
...
};
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner; /* 所属模块 */
const struct file_operations *ops; /* 文件操作集 */
struct list_head list;
dev_t dev; /* 设备号 */
unsigned int count;
};
1234567891011121314
其中的dev_t成员定义了设备号,为32位,高12位为主设备号,低20位为次设备号
内核使用下面两个宏获取主次设备号
MAJOR(dev_t dev) //主设备号
MINOR(dev_t dev) //次设备号
12
使用下面该宏获取设备号
MKDEV(int major, int minor)
1
每个字符设备都有自己对应的设备号范围,下面介绍怎么申请设备号
-
申请设备号
动态分配
此函数指定次设备号和设备号个数,可以动态分配主设备号
/* * dev:返回申请到的设备号 * baseminor:起始次设备号 * count:申请的设备号个数 */ int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) 1234567
静态分配
此函数必须主次设备号和设备号个数
/* * from:其实设备号 * count:设备号个数 */ int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) 12345
在申请完设备号后,就可以利用此设备号去注册字符设备了
-
注册字符设备
和字符设备相关的函数
void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *); struct cdev *cdev_alloc(void); void cdev_put(struct cdev *p); int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); void cdev_del(struct cdev *); 12345
cdev_init:用来关联字符设备和fops,其中file_operations就是一个文件操作集,里面设置了一系列的操作函数(例如open、read、write)
cdev_alloc:分配一个字符设备对象
cdev_add:注册字符设备
cdev_del:注销一个字符设备
注册一个字符设备的步骤
struct cdev *cdev_alloc(void); //分配字符设备 void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *); //绑定一个fops int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); //将字符设备和申请到的设备号注册进内核 12345
下面是一个简单的字符设备驱动
mydev.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
static dev_t dev_id;
static struct cdev *mydev;
ssize_t mydev_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t * loff)
{
printk("mydev_read\n");
return 0;
}
ssize_t mydev_write(struct file *file, const char __user *data, size_t size, loff_t *loff)
{
printk("mydev_write\n");
return 0;
}
int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("mydev_open\n");
return 0;
}
/* 文件操作集合 */
static struct file_operations mydev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = mydev_read,
.open = mydev_open,
.write = mydev_write,
};
static __init int mydev_init(void)
{
/* 申请设备号 */
alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "mydev");
/* 分配字符设备 */
mydev = cdev_alloc();
/* 设置字符设备 */
cdev_init(mydev, &mydev_fops);
/* 注册字符设备 */
cdev_add(mydev, dev_id, 1);
/* 打印申请到的主次设备号 */
printk("major:%d; minor:%d\n", MAJOR(dev_id), MINOR(dev_id));
return 0;
}
static __exit void mydev_exit(void)
{
cdev_del(mydev);
kfree(mydev);
unregister_chrdev_region(dev_id, 1);
}
module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869
四、编译模块
编写以驱动程序后,我们应该如何编译驱动程序,有两种方法,一种是将驱动程序和内核编译到一起,一种是单独将驱动程序编写成模块
这里介绍第二种
将驱动程序编译成模块需要编写Makefile
Makefile如下
KERN_DIR = /work/linux/kernel/
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m = mydev.o
12345678910
其中KERN_DIR = /work/linux/kernel/
表示内核源码树,这个需要根据你自己内核所在的路径修改
obj-m = mydev.o
表明要编译mydev.c文件
make -C $(KERN_DIR) M=pwd modules
表明跳转到内核源码树,编译模块
将Makefile
和mydev.c
放到一起,执行make,可以得到驱动模块mydev.ko
五、加载模块
使用insmod xxx.ko
可以加载驱动模块
使用lsmod
可以查看当前加载的模块
使用rmmod xxx
可以卸载已加载的驱动模块
将上面的生成的mydev.ko
拷贝到实验平台,执行insmod mydev.ko
一旦加载模块,内核就会运行module_init(mydev_init)
指定的模块入口,mydev_init
函数中,我们申请的设备号,注册了字符设备,并打印了主次设备号
可以看到打印信息
major:250; minor:1
1
表示主设备号250,次设备号1(你所看到的可能不同)
此时模块已经加载了,我们可以通过cat /proc/devices
查看到我们已经注册了字符设备
但是在/dev
目录下并没有生成设备节点,我们暂时还无法对设备进行操作,下面介绍如何创建设备节点
六、创建设备节点
创建设备节点分为手动创建和自动创建,下面分别介绍
-
手动创建
在上面驱动程序打印出
major:250; minor:1
,我们可以利用这些信息来创建设备节点通过下面命令创建设备节点
mknod 设备名 设备类型(字符:c,块:b) 主设备号 从设备号 1
执行
mknod /dev/mydev c 250 1 1
运行后就生成了设备节点
/dev/mydev
-
自动创建
自动创建利用的是udev机制或者mdev机制,当驱动在/sys创建相关的设备信息时,udev或者mdev会根据这些信息创建设备节点
下面介绍创建设备节点
static struct class *mydev_class; mydev_class = class_create(THIS_MODULE, "mydev"); //创建一个类 device_create(mydev_class, NULL, dev_id, NULL, "mydev"); //根据设备号创建设备节点 1234
销毁设备节点
device_destroy(mydev_class, dev_id); //销毁设备节点 class_destroy(mydev_class); //销毁类 12
修改后的驱动
mydev.c
#include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/device.h> static dev_t dev_id; static struct cdev *mydev; static struct class *mydev_class; ssize_t mydev_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t * loff) { printk("mydev_read\n"); return 0; } ssize_t mydev_write(struct file *file, const char __user *data, size_t size, loff_t *loff) { printk("mydev_write\n"); return 0; } int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk("mydev_open\n"); return 0; } static struct file_operations mydev_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = mydev_read, .open = mydev_open, .write = mydev_write, }; static __init int mydev_init(void) { /* 申请设备号 */ alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "mydev"); /* 分配字符设备 */ mydev = cdev_alloc(); /* 设置字符设备 */ cdev_init(mydev, &mydev_fops); /* 注册字符设备 */ cdev_add(mydev, dev_id, 1); /* 打印申请到的主次设备号 */ printk("major:%d; minor:%d\n", MAJOR(dev_id), MINOR(dev_id)); mydev_class = class_create(THIS_MODULE, "mydev"); device_create(mydev_class, NULL, dev_id, NULL, "mydev"); return 0; } static __exit void mydev_exit(void) { device_destroy(mydev_class, dev_id); class_destroy(mydev_class); cdev_del(mydev); kfree(mydev); unregister_chrdev_region(dev_id, 1); } module_init(mydev_init); module_exit(mydev_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576
重新编译加载模块
查看
/sys/dev/char
目录,会发现多了一些信息250:1
此时查看
ls /dev/mydev
,会发现/dev
目录已经有了mydev
了
七、测试
每个驱动程序写完之后,都需要编写应用程序测试
下面是我们的测试程序
mydev_test.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
int val = 1;
int fd = open("/dev/mydev", O_RDWR);
write(fd, &val, sizeof(val));
read(fd, &val, sizeof(val));
return 0;
}
123456789101112131415161718
编译
arm-linux-gcc mydev_test.c
1
加载模块
insmod mydev.ko
1
执行测试程序
./a.out
1
可以看到控制台打印
[ 2639.832633] mydev_open
[ 2639.833528] mydev_write
[ 2639.836014] mydev_read
123
证明驱动程序正常
这篇好文章是转载于:学新通技术网
- 版权申明: 本站部分内容来自互联网,仅供学习及演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,请提供相关证据及您的身份证明,我们将在收到邮件后48小时内删除。
- 本站站名: 学新通技术网
- 本文地址: /boutique/detail/tanhfhcjge
-
photoshop保存的图片太大微信发不了怎么办
PHP中文网 06-15 -
《学习通》视频自动暂停处理方法
HelloWorld317 07-05 -
word里面弄一个表格后上面的标题会跑到下面怎么办
PHP中文网 06-20 -
Android 11 保存文件到外部存储,并分享文件
Luke 10-12 -
photoshop扩展功能面板显示灰色怎么办
PHP中文网 06-14 -
微信公众号没有声音提示怎么办
PHP中文网 03-31 -
excel下划线不显示怎么办
PHP中文网 06-23 -
excel打印预览压线压字怎么办
PHP中文网 06-22 -
TikTok加速器哪个好免费的TK加速器推荐
TK小达人 10-01 -
怎样阻止微信小程序自动打开
PHP中文网 06-13