RK3568学习笔记13：新字符设备驱动开发
1. 字符设备驱动原理
1.1 分配和释放设备号
使用 register_chrdev函数注册字符设备后只需要给定主设备号，但这样会带来两个问题：
- 需要我们事先确定哪些主设备号没有使用
- 会将这个主设备号下的所有次设备号都占用
解决这两个问题的最好方法就是在使用的时候向linux申请，需要几个就申请几个，使用如下函数
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
如果给定设备号和次设备号，然后使用如下函数来注册设备
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
form ：要申请的起始设备号
count：要申请的数量，一般为一
name：设备名称
使用完毕后要释放设备号，使用如下函数
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
字符设备驱动设备号分配一般代码：
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
dev_t devid; /* 设备号 */
if (major) { /* 定义了主设备号 */
devid = MKDEV(major, 0); /* 大部分驱动次设备号都选择0 */
register_chrdev_region(devid, 1, "test");
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */
major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */
minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
1.2 新的字符设备注册方法
1. 字符设备结构体
linux 中定义了一个字符设备结构体cdev，在 /include/linux/cdev.h 文件中。结构体如下所示：
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
} __randomize_layout;
成员变量 ops和 dev就是字符设备文件操作函数集合。
如下代码所示定义一个字符设备：
struct cdev test_cdev;
2. cdev_init函数
定义号cdev变量后使用cdev_init函数对其初始化，函数如下
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
操作代码如下：
struct cdev testdev;
static struct file_operations test_fops={
.owner=THIS_MODULE,
//其他的函数项
}
testdev.owner= THIS_MODULE;
cdev_init(&testdev,&test_fops);
3. cdev_add函数
cdev_add用于向linux系统添加字符设备，首先使用cdev_init函数对cdev结构体初始化，然后使用cdev_add函数向linux系统添加这个字符设备。函数如下
int cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)
dev_t就是申请的设备号。
count是要添加的数量
使用代码如下：
struct cdev testdev;
static struct file_operations test_fops={
.owner=THIS_MODULE,
//其他的函数项
}
testdev.owner= THIS_MODULE;
cdev_init(&testdev,&test_fops);
cdev_add(&testdev,devid,1);
4. cdev_del函数
卸载驱动的时候一定要使用 cdev_del函数从 Linux内核中删除相应的字符设备，函数如下：
void cdev_del(struct cdev *p)
2. 自动创建设备节点
在前面的 Linux驱动实验中，当我们使用 modprobe加载驱动程序以后还需要使用命令 mknod手动创建设备节点。本节就来讲解一下如何实现自动创建设备节点，在驱动中实现。
2.1 udev机制
udev是一个用户程序，在Linux下通过udev来实现设备文件的创建与删除，udev可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用modprobe命令成功加载驱动模块以后就自动在/dev目录下创建对应的设备节点文件 ,使用rmmod命令卸载驱动模块以后就删除掉/dev目录下的设备节点文件。
开发板启动时会启动udev程序，如下图：
2.2 创建和删除类
自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在 cdev_add函数后面添加自动创建设备节点相关代码。首先要创建一个 class类， class是个结构体，定义在文件 include/linux/device.h里面。 class_create是类创建函数， class_create是个宏定义，函数如下：
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)
owner: THIS_MODULE
name: 类名称
卸载驱动的时候要删除类，类删除函数为 class_destroy，如下：
void class_destroy(struct class *cls)
2.3 创建设备
创建好类后还不能实现自动创建设备节点，还需要再这个类下面船舰一个设备，使用device_create函数在类下创建设备，函数如下：
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
evice_create是个可变参数函数，
- 参数 class就是设备要 到 创建哪个类下面；
- 参数 parent是父设备，一般为 NULL，也就是没有父设备；
- 参数 devt是设备号；
- 参数drvdata是设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL；
- 参数 fmt是设备名字，如果设置 fmt=xxx的话，就会生成 /dev/xxx这个设备文件。
- 返回值就是 创建好的设备。
同样的，卸载驱动的时候需要删除掉创建的设备，设备删除函数为 device_destroy
void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt)
2.4 设置文件私有数据
每个硬件设备都有一些属性，比如主设备号 (dev_t)，类 (class)、设备 (device)、开关状态 (state)等等，在编写驱动的时候可以将这些属性全部写成变量的形式，如下所示：
struct newchrled_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
};
3. 原理分析
原理分析如上节，原理图如下：
4. 新的LED灯驱动
代码如下：
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
//#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : newchrled.c
作者 : 正点原子
版本 : V1.0
描述 : LED驱动文件。
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2022/12/02 正点原子团队创建
***************************************************************/
#define NEWCHRLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME "newchrled" /* 名字 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
#define PMU_GRF_BASE (0xFDC20000)
#define PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L (PMU_GRF_BASE + 0x0010)
#define PMU_GRF_GPIO0C_DS_0 (PMU_GRF_BASE + 0X0090)
#define GPIO0_BASE (0xFDD60000)
#define GPIO0_SWPORT_DR_H (GPIO0_BASE + 0X0004)
#define GPIO0_SWPORT_DDR_H (GPIO0_BASE + 0X000C)
/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L_PI;
static void __iomem *PMU_GRF_GPIO0C_DS_0_PI;
static void __iomem *GPIO0_SWPORT_DR_H_PI;
static void __iomem *GPIO0_SWPORT_DDR_H_PI;
/* newchrled设备结构体 */
struct newchrled_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
};
struct newchrled_dev newchrled; /* led设备 */
/*
* @description : LED打开/关闭
* @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
* @return : 无
*/
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON) {
val = readl(GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= ((0X1 << 16) | (0X1 << 0)); /* bit16 置1，允许写bit0，
bit0，高电平*/
writel(val, GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
}else if(sta == LEDOFF) {
val = readl(GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= ((0X1 << 16) | (0X0 << 0)); /* bit16 置1，允许写bit0，
bit0，低电平 */
writel(val, GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
}
}
/*
* @description : 物理地址映射
* @return : 无
*/
void led_remap(void)
{
PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L_PI = ioremap(PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L, 4);
PMU_GRF_GPIO0C_DS_0_PI = ioremap(PMU_GRF_GPIO0C_DS_0, 4);
GPIO0_SWPORT_DR_H_PI = ioremap(GPIO0_SWPORT_DR_H, 4);
GPIO0_SWPORT_DDR_H_PI = ioremap(GPIO0_SWPORT_DDR_H, 4);
}
/*
* @description : 取消映射
* @return : 无
*/
void led_unmap(void)
{
/* 取消映射 */
iounmap(PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L_PI);
iounmap(PMU_GRF_GPIO0C_DS_0_PI);
iounmap(GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
iounmap(GPIO0_SWPORT_DDR_H_PI);
}
/*
* @description : 打开设备
* @param – inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
if(ledstat == LEDON) {
led_switch(LEDON); /* 打开LED灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
led_switch(LEDOFF); /* 关闭LED灯 */
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchrled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
u32 val = 0;
int ret;
/* 初始化LED */
/* 1、寄存器地址映射 */
led_remap();
/* 2、设置GPIO0_C0为GPIO功能。*/
val = readl(PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L_PI);
val &= ~(0X7 << 0); /* bit2:0，清零 */
val |= ((0X7 << 16) | (0X0 << 0)); /* bit18:16 置1，允许写bit2:0，
bit2:0：0，用作GPIO0_C0 */
writel(val, PMU_GRF_GPIO0C_IOMUX_L_PI);
/* 3、设置GPIO0_C0驱动能力为level5 */
val = readl(PMU_GRF_GPIO0C_DS_0_PI);
val &= ~(0X3F << 0); /* bit5:0清零*/
val |= ((0X3F << 16) | (0X3F << 0)); /* bit21:16 置1，允许写bit5:0，
bit5:0：0，用作GPIO0_C0 */
writel(val, PMU_GRF_GPIO0C_DS_0_PI);
/* 4、设置GPIO0_C0为输出 */
val = readl(GPIO0_SWPORT_DDR_H_PI);
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= ((0X1 << 16) | (0X1 << 0)); /* bit16 置1，允许写bit0，
bit0，高电平 */
writel(val, GPIO0_SWPORT_DDR_H_PI);
/* 5、设置GPIO0_C0为低电平，关闭LED灯。*/
val = readl(GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= ((0X1 << 16) | (0X0 << 0)); /* bit16 置1，允许写bit0，
bit0，低电平 */
writel(val, GPIO0_SWPORT_DR_H_PI);
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (newchrled.major) { /* 定义了设备号 */
newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
ret = register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT,
NEWCHRLED_NAME);
if(ret < 0) {
pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n",NEWCHRLED_NAME, NEWCHRLED_CNT);
goto fail_map;
}
} else { /* 没有定义设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT,
NEWCHRLED_NAME); /* 申请设备号 */
if(ret < 0) {
pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n",
NEWCHRLED_NAME, ret);
goto fail_map;
}
newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);/* 获取主设备号 */
newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);/* 获取次设备号 */
}
printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major,
newchrled.minor);
/* 2、初始化cdev */
newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);
/* 3、添加一个cdev */
ret = cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
if(ret < 0)
goto del_unregister;
/* 4、创建类 */
newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
if (IS_ERR(newchrled.class)) {
goto del_cdev;
}
/* 5、创建设备 */
newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL,
newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
if (IS_ERR(newchrled.device)) {
goto destroy_class;
}
return 0;
destroy_class:
class_destroy(newchrled.class);
del_cdev:
cdev_del(&newchrled.cdev);
del_unregister:
unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
fail_map:
led_unmap();
return -EIO;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/* 取消映射 */
led_unmap();
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&newchrled.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
class_destroy(newchrled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
MODULE_INFO(intree, "Y");