驱动程序（Device Driver）是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于内核和硬件之间的接口，操作系统只能通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。驱动程序接受上层软件(应用程序、内核)的请求，完成对硬件的操作，屏蔽了硬件的细节。Linux平台下的驱动程序将硬件设备抽象成一个文件，应用程序操作文件即操作硬件。

1 Linux驱动分类

linux系统下驱动分为字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动三种，以下分别介绍三种驱动。

1.1 字符设备驱动

字符设备是指存取时没有缓存的设备，采用字符流方式访问的设备，此类设备支持按字节/字符来顺序读写数据，通常不支持随机存取，常见的字符设备有：led、key、camera、显卡、串口等。

1.2 块设备驱动

应用程序与驱动程序之间的数据交互是以块为单位的，应用程序可以随机访问设备数据，程序可自行确定读取数据的位置。常见的块设备有：U盘、eMMC、SD卡等，应用程序可以寻址磁盘上的任何位置，并由此读取数据。

1.3 网络设备驱动

数据包传输方式访问的设备，和上两者不同，通过ifconfig来创建和配置设备。网络驱动同块驱动最大的不同在于网络驱动异步接受外界数据，而块驱动只对内核的请求作出响应。常见的网络设备驱动有：蓝牙、wifi、网卡等。

2 Linux字符驱动开发框架

在Linux内核中，使用cdev结构体来描述一个字符设备，该结构体的定义在include/linux/cdev.h文件中，cdev结构体中的成员如下：

struct cdev {struct kobject kobj;  struct module *owner;                 //该字符设备所在的内核模块的对象指针const struct file_operations *ops;    //该结构描述了字符设备所能实现的方法struct list_head list;     dev_t dev;                            //字符设备的设备号，由主设备号和次设备号构成unsigned int count;                   //隶属于同一主设备号的次设备号的个数
};

其中比较重要的是file_operations这个结构体，每个设备驱动都实现这个结构体中所定义的部分或全部函数，不同的版本的内核file_operaTIons定义会稍有不同，linux 3.6中的定义如下：

struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);int (*check_flags)(int);int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,loff_t len);
};

当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。因此，驱动开发就是相当于在实现驱动的入口和出口函数基础上再把file_operations结构体中的函数实现，入口、出口函数在驱动模块加载和卸载时调用，file_operations结构体中的函数在设备控制时调用。

3 Linux字符驱动实例

在linux源码drivers/char目录下新建first_driver.c文件，文件中内容如下所示：

#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/types.h>
#include <asm/io.h>static struct class *first_drv_class;
static struct device *first_drv_class_dev;static dev_t devno; //设备号
static int major = 231; //主设备号
static int minor = 0; //次设备号
static char *module_name = "first_driver"; //模块名static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("first_drv_open\n");return 0;
}static int  first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t
count, loff_t *ppos)
{printk("first_drv_write\n");return 0;
}static struct file_operations first_drv_fops =
{.owner = THIS_MODULE,// 将对应的函数关联在file_operations的结构体中.open = first_drv_open,.write = first_drv_write,
};
//驱动入口
static int  first_drv_init(void)
{int ret;devno = MKDEV(major,minor); //创建设备号ret = register_chrdev( major, module_name, &first_drv_fops); //注册驱动告诉内核把这驱动加入到内核的链表中first_drv_class = class_create( THIS_MODULE, "first_driver_demo" ); //让代码在/dev下自动生成设备  （创建一个类）first_drv_class_dev = device_create( first_drv_class, NULL, devno, NULL, module_name); //创建设备文件（在类下面生成一个设备）return 0;
}static void  first_drv_exit(void)
{printk("first_drv_exit\n");device_destroy(first_drv_class,devno);class_destroy(first_drv_class);unregister_chrdev( major, module_name);
}
//内核将通过这个宏，来直到这个驱动的入口和出口函数
module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);MODULE_AUTHOR("zhy <1521772422@qq.com>");
MODULE_LICENSE("GPL");

4 Linux字符驱动编译

我使用了友善之臂2416的开发板，参考了提供的用户手册中的驱动模块编译方式，具体步骤如下：
1 在linux-3.6/drivers/char/kconfig 文件中config MINI2451_ADC后面添加first_driver的config:

config MINI2451_ADCtristate "ADC driver for FriendlyARM Mini2451 development boards"depends on MACH_MINI2451default yhelpthis is ADC driver for FriendlyARM Mini2451 development boardsconfig MINI2451_FIRST_DRIVERtristate "My first driver for FriendlyARM Mini2451 development boards"depends on MACH_MINI2451default yhelpthis is demo driver for FriendlyARM Mini2451 development boards

2 在linux3.6目录执行：

cp mini2451_linux_config .config
make menuconfig

出现kernal配置界面。
3 进入Device Drivers -》Character devices ，菜单中就可以看到刚才所添加的选项了。按下空格键将会选择为" M “,此意为要把该选项编译为模块方式;再按下空格会变为” * “,意为要把该选项编译到内核中，在此我们选择” M "即可，如图：

4 在linux-3.6/drivers/char/Makefile最末尾添加first_driver的编译选项。

obj-$(CONFIG_MINI2451_BUTTONS)   += mini2451_buttons.o
obj-$(CONFIG_MINI2451_BUZZER)   += mini2451_pwm.o
obj-$(CONFIG_MINI2451_ADC)  += mini2451_adc.o
obj-$(CONFIG_MINI2451_FIRST_DRIVER)  += first_driver.o

5 在linux3.6目录执行：

make modules

就可以在linux-3.6/drivers/char目录生成所需要的内核驱动文件first_driver.ko了。将编译出的first_driver.ko拷贝到开发板/lib/modules/3.6.0-FriendlyARM 目录。

cp /sdcard/first_driver.ko /lib/modules/3.6.0-FriendlyARM/
cd lib/modules/3.6.0-FriendlyARM/

然后在板子中使用insmod命令加载写好的驱动程序：

insmod first_driver.ko

执行后没有任何打印出来，按理加载模块时会调用first_drv_init函数，会有printk打印出来，但是控制台没有任何消息。
使用lsmod命令查看发现驱动已经被加载：

lsmod

在/dev/目录下也能发现first_driver这个设备

网上查找博客发现应该时printk log等级设置的原因，使用demsg查看内核日志：

demsg

first_drv_init函数调用时的log果然有被打印，所以是printk log等级设置过低的原因，先查看一下当前打印等级。

cat /proc/sys/kernel/printk

显示出的4个数据分别对应控制台日志级别、默认的消息日志级别、最低的控制台日志级别和默认的控制台日志级别。
使用下面的命令设置当前日志级别：

echo 8 > /proc/sys/kernel/printk

这样所有级别 < 8的消息都可以显示在控制台上,但是一顿操作后仍然打印不出来，原因没有查明，所以还是老老实实的使用dmesg命令查看。
如果想卸载模块，执行以下命令：

rmmod first_driver

注意 : 要使模块能够正常卸载 , 必须把模块放入开发板/lib/modules/3.6.0-FriendlyARM 目录。

5 Linux字符驱动测试

驱动程序写完了，编写测试程序调用一下驱动，以下是测试程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv)
{int fd;      //声明设备描述符int val = 1;  //随便定义变量传入到//根据设备描述符打开设备,之前定义的为first_driverfd = open("/dev/first_driver", O_RDWR);  if(fd < 0)          //打开失败printf("can't open\n");  write(fd, &val, 4);  //根据文件描述符调用writereturn 0;
}

编译测试程序：

arm-linux-gcc driver_test.c -o driver_test

将编译好的driver_test拷贝到开发板中运行,。

/sdcard/driver_test

使用dmesg 命令查看log

可以看到first_drv_open和first_drv_write函数有被调用，证明编写的驱动程序ok。

参考文章

1 驱动程序
2 Linux驱动主要类型简介
3 Linux驱动分类简介
4 详细到吐血 —— 树莓派驱动开发入门：从读懂框架到自己写驱动
5 linux内核打印数据到串口控制台,printk数据不打印问题

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