Linux下驱动开发

1.简介

驱动，是指驱动计算机里软件的程序。驱动程序全称设备驱动程序，是添加到操作系统中的特殊程序，其中包含有关硬件设备的信息。驱动程序是操作系统与硬件连接的桥梁。
设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA通信，进行物理内存向虚拟内存的映射等，最终让通信设备能收发数据，让显示设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。

2.驱动分类

Linux驱动分类：
字符设备、块设备、网络设备。
网络设备： 有线网卡、无线网卡、其它与网络相关的设备。
块设备： U盘、SD卡、硬盘、光盘等。
字符设备： 除了块设备和网络设备，其它都归结于字符设备。
字符设备中分类： 杂项设备、输入设备(键盘、鼠标、触摸屏)、帧缓冲(显示类设备)、RTC设备、串口设备等。

3.杂项设备

驱动程序是应用层和硬件层的连接桥梁，应用层只管完成应用逻辑开发和界面设计，驱动层则处理硬件配置，实现应用层相关接口函数。
杂项设备：字符设备类的一种，是除了上述输入设备、帧缓冲设备、RTC设备后的其它设备，例LED设备，由于不好归结于上述分类，则可将LED设备按杂项设备类进行注册。杂项设备主设备号为10。
在生成的设备节点中，主设备号用来区分设备类。如字符设备中杂项设备主设备号为10，帧缓冲设备主设备号为29；次设备号用来区分这个类中的具体硬件。

4.驱动注册框架

4.1开发平台

开发平台：Ubuntu18.04
编译器：arm-linux-gcc
硬件平台：tiny4412基于Cortex-A9 4核1.5GHZ
开发板内核：Linux3.5

4.2 驱动模板

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
/*驱动初始化*/
static int __init wbyq_hello_module_init(void)
{printk("驱动入口,驱动注册成功\n");return 0;
}
/*驱动释放*/
static void __exit wbyq_hello_module_cleanup(void)
{printk("驱动出口，驱动注销成功\n");
}
module_init(wbyq_hello_module_init);//驱动入口函数
module_exit(wbyq_hello_module_cleanup);//驱动出口函数MODULE_LICENSE("GPL");//驱动注册协议
MODULE_AUTHOR("it_ashui");
MODULE_DESCRIPTION("Exynos4 hello Driver");

4.3 驱动编译

KER_ADD=/home/wbyq/src_pack/linux-3.5  #linux3.5内核的Makefile位置
all:make -C $(KER_ADD) M=`pwd` modules #通过调用linux3.5内核的Makefile文件进行编译cp ./*.ko /home/wbyq/src_pack/rootfs/code #将驱动文件拷贝到code目录下make -C $(KER_ADD) M=`pwd` modules clean  #清空文件
obj-m +=hello_drv.o #添加依赖文件

4.4 驱动安装

[root@wbyq code]# insmod hello_drv.ko  #安装驱动
[ 4684.795000] 驱动入口,驱动注册成功[root@wbyq code]# modinfo hello_drv.ko  #查看驱动详细信息
modinfo: can't open '/lib/modules/3.5.0-FriendlyARM/modules.dep': No such file or directory
[root@wbyq code]# mkdir /lib/modules/3.5.0-FriendlyARM/ -p
[root@wbyq code]# touch /lib/modules/3.5.0-FriendlyARM/modules.dep
[root@wbyq code]# lsmod #查看动态安装的驱动
hello_drv 612 0 - Live 0xbf000000 (O)
[root@wbyq code]# rmmod hello_drv.ko #注销驱动
[ 5610.635000] 驱动出口，驱动注销成功

5 编写蜂鸣器驱动

5.1 硬件接口

蜂鸣接口：BP1 – GPD0_0 高电平驱动。

GPD0_CON：0x1140 0000+0x00A0 --配置寄存器

GPD0_DAT：0x1140 0000+0x00A4 --数据寄存器

5.2 蜂鸣器驱动层

1.调用驱动注册和注销函数，在驱动入口函数中实现BEEP硬件接口配置。在驱动出口函数中完成硬件资源释放。
2.通调用杂项设备驱动框架完成杂项设备注册，注册成功后在/dev生成beep的设备节点。完成应用层相关接口函数编写。

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
/*驱动初始化*/
unsigned int *GPDO_CON;
unsigned int *GPDO_DAT;
int beep_open(struct inode *inode, struct file *file)/*对应应用层open函数*/
{printk("open函数调用成功\n");return 0;
}int beep_release(struct inode *inode, struct file *file) /*对应应用层close*/
{printk("releasse函数调用成功\n");*GPDO_DAT&=~(1<<0);return 0;
}
ssize_t beep_read(struct file *file, char __user * data, size_t size, loff_t *offset)/*对应应用层read*/
{int *p=(int *)data;*p=123;printk("read函数调用成功\n");return 4;
}
ssize_t beep_write(struct file *file, const char __user *data, size_t size, loff_t *offset)/*对应应用层write*/
{char buff[20];memcpy(buff,data,size);buff[size]='\0';printk("buff=%s\n",buff);if(strcmp(buff,"beep_on")==0)//开蜂鸣器{*GPDO_DAT|=1<<0;}else if(strcmp(buff,"beep_off")==0)//关蜂鸣器{*GPDO_DAT&=~(1<<0);}return size;//返回写入成功的字节数
}/*文件操作集合结构体*/
static struct file_operations beep_fops=
{.owner     = THIS_MODULE,/*当前模块*/.open        = beep_open,.release   = beep_release,.read       =beep_read,.write      =beep_write
};
/*杂项设备结构体*/
static struct miscdevice tiny4412_beep = {.minor           = MISC_DYNAMIC_MINOR,//次设备号，255表示由系统自动分配.name           = "beep", /*在/dev生成的设备节点名字*/.fops            = &beep_fops,
};
static int __init wbyq_beep_init(void)
{printk("驱动入口,驱动注册成功\n");/*蜂鸣器配置*/GPDO_CON=ioremap(0x114000A0, 4);//将GPDO_CON物理地址转换虚拟地址GPDO_DAT=ioremap(0x114000A4, 4);//将GPDO_DAT物理地址转换虚拟地址/*蜂鸣器*/*GPDO_CON&=0xfffffff0;//清除当前GPD0_0的配置*GPDO_CON|=0x00000001;//设置为输出模式/*注册杂项设备:在/dev下生成设备节点，实现应用层接口函数*/misc_register(&tiny4412_beep);return 0;
}
/*驱动释放*/
static void __exit wbyq_beep_cleanup(void)
{printk("驱动出口，驱动注销成功\n");/*注销杂项设备*/misc_deregister(&tiny4412_beep);iounmap(GPDO_CON);iounmap(GPDO_DAT);
}
module_init(wbyq_beep_init);//驱动入口函数
module_exit(wbyq_beep_cleanup);//驱动出口函数MODULE_LICENSE("GPL");//驱动注册协议
MODULE_AUTHOR("it_ashui");
MODULE_DESCRIPTION("Exynos4 beep Driver");

杂项设备主设备为10，次设备可填值为0~254；当次设备号填255时表示有系统分配。

5.3 蜂鸣器应用层

Linux下一切皆文件，操作设备就和操作文件一样。只需要open打开设备、读写设备、操作完成关闭设备即可。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{/*1.打开设备*/int fd=open("/dev/beep",2);if(fd<0){printf("/dev/beep 设备打开失败\n");return 0;}int data=0;int size;/*读写文件*/size=read(fd,&data,4);printf("size=%d,data=%d\n",size,data);while(1){write(fd,"beep_on",strlen("beep_on"));//开蜂鸣器sleep(1);write(fd,"beep_off",strlen("beep_off"));//关蜂鸣器sleep(1);}close(fd);//关闭文件
}

在Linux内核中，设备节点的访问是通过主设备+次设备号的组合来完成的，占32位，主设备号是20 ~ 31位。次设备号是0 ~ 19位。