从内核中最简单的驱动程序入手，描述Linux驱动开发，主要文章目录如下（持续更新中）：
01 - 第一个内核模块程序
02 - 注册字符设备驱动
03 - open & close 函数的应用
04 - read & write 函数的应用
05 - ioctl 的应用
06 - ioctl LED灯硬件分析
07 - ioctl 控制LED软件实现（寄存器操作）
08 - ioctl 控制LED软件实现（库函数操作）
09 - 注册字符设备的另一种方法（常用）
10 - 一个cdev实现对多个设备的支持
11 - 四个cdev控制四个LED设备
12 - 虚拟串口驱动
13 - I2C驱动
14 - SPI协议及驱动讲解
15 - SPI Linux驱动代码实现
16 - 非阻塞型I/O
17 - 阻塞型I/O
18 - I/O多路复用之 select
19 - I/O多路复用之 poll
20 - I/O多路复用之 epoll
21 - 异步通知

文章目录

1. 预备知识
- 1.1 ioremap
- 1.2 readl
- 1.3 writel
- 1.4 iounmap
2. 代码实现
- 2.1 demo.c
- 2.2 test.c
- 2.3 chrdev.h
- 2.4 Makefile
- 2.5 输出结果

&emsp:上一节讲到了LED的硬件分析，得到了LED控制的流程，详见
ioctl LED硬件分析
这一节将接着上一节的分析，对LED控制的软件部分进行实现，本节实现依据的是直接对相关的寄存器进行操作，下一节将利用库函数对LED的软件控制部分进行实现。

1. 预备知识

在驱动中不能对实际的物理地址进行操作，操作的都是虚拟地址。因此需要先了解物理地址和虚拟地址进行转换的相关函数。

1.1 ioremap

将物理地址映射为虚拟地址的函数是ioremap，函数定义在 include/asm/io.h 中，原型如下：

void __iomem *ioremap(phys_addr_t paddr, unsigned long size)

各参数的定义如下

@param1: 要映射的起始的IO地址（物理地址）
@param2: 要映射的空间的大小
@return: 返回映射后的内核虚拟地址(3G-4G). 接着便可以通过读写该返回的内核虚拟地址去访问之这段I/O内存资源
示例：#define CONF_GPMC_AD4 0x44E10810void __iomem *conf_gpmc_ad4_vir = NULL;conf_gpmc_ad4_vir  = (unsigned int *)ioremap(CONF_GPMC_AD4, 4);

1.2 readl

内存映射之后，可以通过 readl 函数获取寄存器的状态，函数定义在 include/asm/io.h 中，原型如下

static inline u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

各参数的定义如下

@param1: 映射后的内核虚拟地址,ioremap的返回值
@return: 读到的虚拟地址中的值
示例：readl(conf_gpmc_ad4_vir);

1.3 writel

将内存中的数据读出来后，可以通过 writel 往内存映射的 I/O 空间上写数据，函数定义在 include/asm/io.h 中，原型如下

static inline void writel(u32 b, volatile void __iomem *addr)

各参数的定义如下

@param1: 要写入的数据
@param2: 映射后的内核虚拟地址,ioremap的返回值
@return: 无返回值
示例：writel(( readl(conf_gpmc_ad4_vir) | 0x7 | 0x1<<5), conf_gpmc_ad4_vir);// 读出寄存器中的值，设置相应位然后写进去

1.4 iounmap

有映射函数就有相对应的取消映射函数，函数定义在 include/asm/io.h 中，原型如下

static inline void iounmap(volatile void __iomem *addr)

各参数的定义如下

@param1: 映射后的内核虚拟地址,ioremap的返回值
@return: 无返回值
示例：iounmap(conf_gpmc_ad4_vir);

2. 代码实现

2.1 demo.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/uaccess.h>#include "chrdev.h"int major;
const char *name = "demoname";struct class *cls;
struct device *dev;#define CONF_GPMC_AD4    0x44E10810
#define GPIO1_OE        0x4804C134
#define GPIO1_DATAOUT   0x4804C13Cvoid __iomem *conf_gpmc_ad4_vir = NULL;
void __iomem *conf_gpmc_ad5_vir = NULL;
void __iomem *conf_gpmc_ad6_vir = NULL;
void __iomem *conf_gpmc_ad7_vir = NULL;
void __iomem *gpio1_oe_vir = NULL;
void __iomem *gpio1_dataout_vir = NULL; int demo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}ssize_t demo_read(struct file *filp, char __user *userbuf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);//copy_to_user(void __user * to, const void * from, size_t n);return 0;
}ssize_t demo_write(struct file *filp, const char __user *userbuf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);//copy_from_user(void * to, const void __user * from, unsigned long n);return 0;
}long demo_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long args)
{   led_node_t led_t;int ret, led_num;printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);if ( _IOC_TYPE(cmd) != 'd')        /* 判断命令与头文件定义的是否一致 */{return -ENOTTY;   /* not a typewriter */}ret = copy_from_user(&led_t, (led_node_t *)args, sizeof(led_t));    //成功返回0，失败返回有多少个Bytes未完成copy。if (ret){printk("copy_from_user failed.\n");goto err0;}led_num = led_t.which;switch(cmd){case LEDON:if (led_num == 1){printk("led1 on.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) | (0X1 << 4), gpio1_dataout_vir);   // 置1，高电平}else if (led_num == 2){printk("led2 on.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) | (0X1 << 5), gpio1_dataout_vir);    // 置1，高电平}else if (led_num == 3){printk("led3 on.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) | (0X1 << 6), gpio1_dataout_vir);    // 置1，高电平}else if (led_num == 4){printk("led4 on.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) | (0X1 << 7), gpio1_dataout_vir);    // 置1，高电平}break;case LEDOFF:if (led_num == 1){printk("led1 off.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) & (~(0X1 << 4)), gpio1_dataout_vir);   // 清0，低电平}else if (led_num == 2){printk("led2 off.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) & (~(0X1 << 5)), gpio1_dataout_vir);    // 清0，低电平}else if (led_num == 3){printk("led3 off.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) & (~(0X1 << 6)), gpio1_dataout_vir);    // 清0，低电平}else if (led_num == 4){printk("led4 off.\n");writel(readl(gpio1_dataout_vir) & (~(0X1 << 7)), gpio1_dataout_vir);    // 清0，低电平}break;default:printk("cmd id error.\n");}return 0;err0:return ret;
}const struct file_operations fops = {.open = demo_open,.release = demo_release,.read = demo_read,.write = demo_write,.unlocked_ioctl = demo_ioctl,
};void gpio_iounmap(void)
{iounmap(gpio1_oe_vir);
}void gpio_ioremap(void)
{conf_gpmc_ad4_vir = (unsigned int *)ioremap(CONF_GPMC_AD4, 4);conf_gpmc_ad5_vir = conf_gpmc_ad4_vir + 4;conf_gpmc_ad6_vir = conf_gpmc_ad4_vir + 8;conf_gpmc_ad7_vir = conf_gpmc_ad4_vir + 12;gpio1_oe_vir = (unsigned int *)ioremap(GPIO1_OE, 4);gpio1_dataout_vir = gpio1_oe_vir + 8;
}void led_init(void)
{gpio_ioremap();writel(( readl(conf_gpmc_ad4_vir) | 0x7 | 0x1<<5), conf_gpmc_ad4_vir);        /* 引脚复用，选择MOD7，即GPIO */writel(( readl(conf_gpmc_ad5_vir) | 0x7 | 0x1<<5), conf_gpmc_ad5_vir);writel(( readl(conf_gpmc_ad6_vir) | 0x7 | 0x1<<5), conf_gpmc_ad6_vir);writel(( readl(conf_gpmc_ad7_vir) | 0x7 | 0x1<<5), conf_gpmc_ad7_vir);writel(( readl(gpio1_oe_vir) & (~(0xF << 4)) ), gpio1_oe_vir);               /* GPIO1_4~GPIO1_7引脚设置为输出功能(0表示输出) */
}static int __init demo_init(void)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);major = register_chrdev(0, name, &fops);if (major <= 0){printk("register_chrdev failed.\n");goto err0;}cls = class_create(THIS_MODULE, "char_class");if (cls == NULL){printk("class_create failed.\n");goto err1;}dev = device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "chrdev%d", 0);if (dev ==NULL){printk("device_create failed.\n");goto err2;}led_init();   // 设置为输出模式return 0;err2:class_destroy(cls);
err1:unregister_chrdev(major, name);
err0:return major;
}static void __exit demo_exit(void)
{printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);gpio_iounmap();        //解除映射device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));class_destroy(cls);unregister_chrdev(major, name);
}module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.2 test.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include "chrdev.h"const char *pathname = "/dev/chrdev0";
#define LED_NUM 4int main(void)
{int fd, i;led_node_t led;fd = open(pathname, O_RDWR, 0666);if (fd <= 0){printf("open failed.\n");return -1;}for (i=1; i<=LED_NUM; i++){led.which  = i;led.status = 0; // 0表示灭ioctl(fd, LEDOFF, &led);sleep(1);led.status = 1; // 1表示亮ioctl(fd, LEDON, &led);sleep(1);}close(fd);return 0;
}

2.3 chrdev.h

#ifndef _CHRDEV_H_
#define _CHRDEV_H_typedef struct led_node
{int which;int status;
}led_node_t;#define LED_MAGIC 'q'
#define LEDON  _IOW(LED_MAGIC, 0, struct led_node)
#define LEDOFF _IOW(LED_MAGIC, 1, struct led_node)#endif /* chrdev.h */

2.4 Makefile

KERNELDIR ?= /home/linux/ti-processor-sdk-linux-am335x-evm-05.02.00.10/board-support/linux-4.14.79/
PWD := $(shell pwd)all:make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesarm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o app
install:sudo cp *.ko  app /tftpbootmake ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) cleanrm app
clean:make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) cleanrm appobj-m += demo.o

2.5 输出结果

root@am335x-evm:~# insmod demo.ko
[ 3485.051113] demo_init -- 169.
root@am335x-evm:~# ./app
[ 3486.920446] demo_open -- 28.
[ 3486.923853] demo_ioctl -- 81.
[ 3486.927475] led1 off.
[ 3487.930225] demo_ioctl -- 81.
[ 3487.934385] led1 on.
[ 3488.936823] demo_ioctl -- 81.
[ 3488.939868] led2 off.
[ 3489.948584] demo_ioctl -- 81.
[ 3489.951628] led2 on.
[ 3490.960095] demo_ioctl -- 81.
[ 3490.964276] led3 off.
[ 3491.966745] demo_ioctl -- 81.
[ 3491.969787] led3 on.
[ 3492.972221] demo_ioctl -- 81.
[ 3492.975268] led4 off.
[ 3493.977737] demo_ioctl -- 81.
[ 3493.980786] led4 on.
[ 3494.992661] demo_release -- 35.
root@am335x-evm:~# rmmod demo.ko
[ 3503.501455] demo_exit -- 206.

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07-ioctl控制LED软件实现（寄存器操作）

文章目录

1. 预备知识

1.1 ioremap

1.2 readl

1.3 writel

1.4 iounmap

2. 代码实现

2.1 demo.c

2.2 test.c

2.3 chrdev.h

2.4 Makefile

2.5 输出结果

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