树莓派（十一）树莓派驱动开发入门：从读懂框架到自己写驱动（上）
嵌入式之路，贵在日常点滴
---阿杰在线送代码
目录
一、驱动初步认知
为什么要学会写驱动？
设备号的两个作用？
索引驱动在驱动链表中的位置
从open到设备，从上层到底层，经历了什么？（理解透这个工作过程，面试）
二、基于内核驱动框架编写驱动代码流程
1.编写上层应用代码
2.根据上层需求修改内核驱动框架代码
代码补充解读
static的作用
结构体成员变量的单独赋值
结构体file_operations
手动生成设备
3.在Ubuntu上交叉编译（很重要）
驱动框架的模块编译并发送至树莓派
上层代码的编译并发送至树莓派
4.树莓派装载驱动并运行
①树莓派装载驱动
②运行上层代码
③增加访问权限再运行
拓展 >> chmod 命令用于更改文件/文件夹的属性（读，写，执行）
是否执行成功：demsg指令查看内核打印信息
一、驱动初步认知
为什么要学会写驱动？
树莓派开发简单是因为有厂家提供的wiringPi库，实现超声波，实现继电器操作，做灯的点亮…都非常简单。
但未来做开发时，不一定都是用树莓派，则没有wiringPi库可以用。但只要能运行Linux，linux的标准C库一定有。
学会根据标准C库编写驱动，只要能拿到linux内核源码，拿到芯片手册，电路图…就能做开发。
用树莓派学习的目的不仅是为是体验其强大便捷的wiringPi库，更要通过树莓派学会linux内核开发，驱动编写等，做一个属于自己的库。
设备号的两个作用？
在目录/dev下都能看到鼠标，键盘，屏幕，串口等设备文件，硬件要有相对应的驱动，那么open怎样区分这些硬件呢？
索引驱动在驱动链表中的位置
设备号又分为：主设备号用于区别不同种类的设备；次设备号区别同种类型的多个设备。
内核中存在一个驱动链表：管理所有设备的驱动。
驱动插入到链表的位置（顺序）由设备号检索。
驱动开发无非以下两件事：
- 1、添加驱动：编写完驱动程序，加载到内核
添加驱动做的几件事：
1、 设备名；2、设备号；3、设备驱动函数（通过操作寄存器去操作IO口）
- 2、调用驱动：用户空间open后，调用驱动程序
从open到设备，从上层到底层，经历了什么？（理解透这个工作过程，面试）
- 用户层调用open产生一个软中断（中断号是0x80），进入内核空间调用sys_call。
- sys_call真正调用的是sys_open,去内核的驱动链表根据主设备号与次设备号找到相关驱动函数。
- 调用驱动函数里面的open,去设置IO口引脚电平。
流程如下图绿色箭头所示：
二、基于内核驱动框架编写驱动代码流程
目的是用简单的例子展示从用户空间到内核空间的整套流程。
1.编写上层应用代码
在上层访问一个设备跟访问普通的文件没什么区别。试写一个简单的open和write去操作设备"pin4"。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd;fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);if(fd < 0){printf("open failed\n");perror("reson");}else{printf("open success\n");}fd = write(fd,'1',1);//写一个字符'1',写一个字节return 0;
}
根据上面提到的驱动认知，有个大致的概念，以open为例子：
上层open→sys_call→sys_open→内核驱动链表节点→执行节点里的open
当然，没有装载驱动的话这个程序执行一定会报错。只有在内核装载了驱动并且在/dev下生成了“pin4”这样一个设备才能运行。
接下来介绍最简单的字符设备驱动框架。
2.根据上层需求修改内核驱动框架代码
所谓框架，就是定死的东西，基本的语句必须要有，少一个都不行。
虽然有这么多的代码，但核心运行的就两个printk。
#include <linux/fs.h> //file_operations声明
#include <linux/module.h> //module_init module_exit声明
#include <linux/init.h> //__init __exit 宏定义声明
#include <linux/device.h> //class devise声明
#include <linux/uaccess.h> //copy_from_user 的头文件
#include <linux/types.h> //设备号 dev_t 类型声明
#include <asm/io.h> //ioremap iounmap的头文件static struct class *pin4_class;
static struct device *pin4_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="pin4"; //模块名//pin4_read函数
//static int pin4_read(struct file *file,char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
//{
// printk("pin4_write\n");
// return 0;
//}//pin4_open函数
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{printk("pin4_open\n"); //内核的打印函数，和printf类似return 0;
}//pin4_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{printk("pin4_write\n");return 0;
}static struct file_operations pin4_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = pin4_open,.write = pin4_write,
};int __init pin4_drv_init(void) //驱动的真正入口
{int ret;devno = MKDEV(major,minor); //创建设备号ret = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops); //注册驱动 告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo"); //由代码在/dev下自动生成设备pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name); //创建设备文件return 0;
}void __exit pin4_drv_exit(void)
{device_destroy(pin4_class,devno);class_destroy(pin4_class);unregister_chrdev(major, module_name); //卸载驱动}module_init(pin4_drv_init); //入口:内核加载驱动的时候，这个宏会被调用，而真正的驱动入口是它调用的函数
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");不方便在注释中标注的，在下面详细说明：
代码补充解读
static的作用
内核代码数量庞大，为了防止与其他的文件有变量命名冲突，static限定变量的作用域仅仅只在这个文件。
结构体成员变量的单独赋值
static struct file_operations pin4_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = pin4_open,.write = pin4_write,
};
这是内核代码中常见的对结构体的操作方式，单独给指定结构体元素赋值，其他不管。
注意：在keil的编译工具环境中不允许这样写，linux可以。
结构体file_operations
在SourceInsight中查看结构体file_operations,可以发现很多的函数指针，这些函数名跟系统上层文件的操作差不多。（read,write,llseek）（在课程视频9:36）
如果上层想要实现read,就复制过来，按照格式改一改。
上层对应底层，上层想要用read，底层就要有read的支持。
手动生成设备
框架中有自动生成设备的代码
那么手动生成设备是怎么样的呢？（一般不这样干，麻烦，仅作为演示）
- 进入
/dev目录，查看帮助可知道创建规则
sudo mknod 设备名称 设备类型 主设备号 次设备号- 使用如下命令创建名称为ajie，主设备号为8，次设备号为1的字符设备。
sudo mknod ajie c 8 1
用ls ajie -l可以看到已经创建成功
3.在Ubuntu上交叉编译（很重要）
驱动框架的模块编译并发送至树莓派
在ubuntu中，进入字符设备驱动目录linux-rpi-4.14.y/drivers/char
拷贝上文分析过的驱动框架代码，创建名为pin4driver.c的文件.
vi Makefile
当然不一定要放在/char下。但注意：放在哪个文件夹下，就修改那个文件夹的
Makefile即可。
Makefile:
模仿这些文件的编译方式，以编译成模块的形式（还有一个方式为编译进内核）编译pin4driver.c
添加
obj-m += pin4driver.o
如图：
②进行模块编译
之前编译内核的时候用的是这个命令：
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs
现在只需进行模块编译，不需要生成zImage,dtbs文件;
- 回到源码目录
/linux-rpi-4.14.y再执行下面指令
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 modules进入/char目录发现已经生成一下文件则为成功
③把.ko文件发送至树莓派
scp drivers/char/pin4driver.ko pi@192.168.0.109:/home/pi
上层代码的编译并发送至树莓派
拷贝上文分析的上层代码到ubuntu中，此处我命名为pin4test.c
使用交叉编译工具进行编译
arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test发送至树莓派
scp pin4test pi@192.168.0.109:/home/pi4.树莓派装载驱动并运行
①树莓派装载驱动
sudo insmod pin4driver.kols /dev/pin4 -l
如果需要卸载驱动，就
sudo rmmod pin4drive
②运行上层代码
./pin4test
发现没有对设备pin4的访问权限
crw是超级用户所拥有的权限，而框中两类用户则无读写的权限（下面有详细说明）
③增加访问权限再运行
解决方法1：加超级用户
sudo ./pin4test
解决方法2：增加“所有用户都可以访问的权限”（建议）
sudo chmod 666 /dev/pin4
拓展 >> chmod 命令用于更改文件/文件夹的属性（读，写，执行）
Linux/Unix 的档案调用权限分为三级 : 档案拥有者（user）、群组（group）、其他（other）。利用 chmod 可以藉以控制档案如何被他人所调用
r 表示可读取，w 表示可写入，x 表示可执行
r=4，w=2，x=1
若要rwx属性则4+2+1=7；
若要rw-属性则4+2=6；
若要r-x属性则4+1=7。
-rw------- (600) -- 只有属主有读写权限。
-rw-r--r-- (644) -- 只有属主有读写权限；而属组用户和其他用户只有读权限。
-rwx------ (700) -- 只有属主有读、写、执行权限。
-rwxr-xr-x (755) -- 属主有读、写、执行权限；而属组用户和其他用户只有读、执行权限。
-rwx--x--x (711) -- 属主有读、写、执行权限；而属组用户和其他用户只有执行权限。
-rw-rw-rw- (666) -- 所有用户都有文件读、写权限。这种做法不可取。
-rwxrwxrwx (777) -- 所有用户都有读、写、执行权限。更不可取的做法。
EG：
chmod 744仅允许用户(所有者)执行所有操作，而组和其他用户只允许读。
是否执行成功：demsg指令查看内核打印信息
用dmesg命令显示内核缓冲区信息，并通过管道筛选与pin4相关信息
dmesg | grep pin4
可以看到这两个打印信息，说明内核的printk已经被成功调用，我们已经成功完成了上层对内核的调用 !
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