Linux字符设备驱动之LED驱动

学习LED驱动的小结

s3c_led.c

 /* Every Linux kernel module must include this head */
#include <linux/init.h>     /* Every Linux kernel module must include this head */
#include <linux/kernel.h>   /* printk() */
#include <linux/fs.h>       /* struct fops */
#include <linux/errno.h>    /* error codes */
#include <linux/cdev.h>     /* cdev_alloc()  */
#include <asm/io.h>         /* ioremap()  */
#include <linux/ioport.h>   /* request_mem_region() */#include <asm/ioctl.h>      /* Linux kernel space head file for macro _IO() to generate ioctl command  */
#ifndef __KERNEL__
#include <sys/ioctl.h>      /* User space head file for macro _IO() to generate ioctl command */#define DEV_NAME                  "led" //定义设备名称
#define LED_NUM                   4     //定义设备数量/* Set the LED dev major number */
#ifndef LED_MAJOR
#define LED_MAJOR                 0   //定义默认的主设备号为0，一般这个定义的设备号是固定不可用的，但是这为自动分配主设备号的逻辑提供了方便。
#endif#define DRV_MAJOR_VER             1
#define DRV_MINOR_VER             0
#define DRV_REVER_VER             0#define DISABLE                   0  //禁用某个特性的宏
#define ENABLE                    1  //使能某个特性的宏#define GPIO_INPUT                0x00 //宏定义 GPIO输入模式用00代替
#define GPIO_OUTPUT               0x01 //宏定义 GPIO输出模式用01代替#define PLATDRV_MAGIC             0x60       //定义了一个魔数
#define LED_OFF                   _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x18)  //#define  __IO  volatile 的作用就是指示编译器不要因优化而省略此指令，必须每次都直接读写其值。
#define LED_ON                    _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x19)/*魔数有着特殊的功能。我们定义了led_on和led_off，但是这个宏定义可能和系统的别的重复，因此我们采用魔数机制,
定义一个系统未用的魔数，然后让魔数生成我们定义的led_on和led_off, 这样，我们的定义就不会和系统的相同了*/#define S3C_GPB_BASE              0x56000010 //定义led GPB引脚控制寄存器的基址
#define GPBCON_OFFSET             0          //定义GPBCON偏移地址 （GPBCON是用来选定引脚并设置输入或者输出模式）#define GPBDAT_OFFSET             4         // 定义GPBDAT偏移地址  //GPBDAT寄存器用于读/写 引脚数据;//当引脚被设为输入时，读此寄存器可知相应引脚的电平状态是高还是低；//当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可以令此引脚输出高电平或是低电平。#define GPBUP_OFFSET              8          // 定义GPBUP偏移地址//某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；//为0时，相应引脚使用内部上拉电阻。         //上拉电阻的作用在于：当GPIO引脚处于第三态（即不是输出高电平，也不是输出低电平，而是呈高阻态，即相当于没接芯片）时，它的电平状态由上拉电阻、下拉电阻确定。 #define S3C_GPB_LEN               0x10        /* 0x56000010~0x56000020  */ //GPB寄存器的内存地址总长度int led[LED_NUM] = {5,6,8,10};  /* Four LEDs use GPB5,GPB6,GPB8,GPB10 */static void __iomem *s3c_gpb_membase; //定义s3c_gpb_membase为void __iomem*类型指针 ，在后面用来保存映射后的虚拟空间基地址。
#define s3c_gpio_write(val, reg) __raw_writel((val), (reg)+s3c_gpb_membase)  //设置当前寄存器的值的宏
#define s3c_gpio_read(reg)       __raw_readl((reg)+s3c_gpb_membase)          //读取当前虚拟地址寄存器的值int dev_count = ARRAY_SIZE(led); //设备个数赋值给dev_count
int dev_major = LED_MAJOR;       //主设备号赋值给dev_major
int dev_minor = 0;               //次设备号赋值0
int debug = DISABLE;             //出错定义赋值static struct cdev      *led_cdev;  //定义一个cdev类型的结构体指针，cdev是内核中表示字符设备的一个结构体static int s3c_hw_init(void) //硬件初始化函数
{int          i;volatile unsigned long  gpb_con, gpb_dat, gpb_up;//分别定义gob_con ；gpb_dat ；gpb_up变量，因为是保存寄存器地址的所以要用volatile类型，防止被优化。
if(!request_mem_region(S3C_GPB_BASE, S3C_GPB_LEN, "s3c2440 led"))           //request_mem_region这个宏是为申请I/O内存的函数//#define request_mem_region(start,n,name) 　 __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name))//其中，参数start是I/O内存资源的起始物理地址（是CPU在RAM物理地址空间中的物理地址），//参数n指定I/O内存资源的大小。//在请求IO内存资源成功后，开始用ioremap进行映射操作.{return -EBUSY;}//判断是否申请失败，如果硬件资源被占据着则返回-EBUSY.成功则往下执行。if( !(s3c_gpb_membase=ioremap(S3C_GPB_BASE, S3C_GPB_LEN)) ) //ioremap用来将IO资源的物理地址映射到内核虚拟地址空间                                  {release_mem_region(S3C_GPB_BASE, S3C_GPB_LEN);//若映射失败则，释放指定的I/O内存资源。return -ENOMEM;}           //内存申请成功切地址映射成功则进行对各个寄存器的操作
for(i=0; i<dev_count; i++) //LED灯默认初始状态为全灭{/* Set GPBCON register, set correspond GPIO port as input or output mode  */gpb_con = s3c_gpio_read(GPBCON_OFFSET); //读取GPBCON的虚拟地址并保存在gpb_con中gpb_con &= ~(0x3<<(2*led[i]));   /* Clear the correspond LED GPIO configure register 先将相应的led的gpio引脚复位清零*/gpb_con |= GPIO_OUTPUT<<(2*led[i]); /* Set the correspond LED GPIO as output mode 然后将相应的led的gpio引脚设置为输出模式*/s3c_gpio_write(gpb_con, GPBCON_OFFSET);//再将设置好的GPBCON引脚信息写入寄存器中/* Set GPBUP register, set correspond GPIO port pull up resister as enable or disable  */gpb_up = s3c_gpio_read(GPBUP_OFFSET);//读取GPBUP的虚拟地址并保存在gpb_up中gpb_up &= ~(0x1<<led[i]); /* Enable pull up resister */gpb_up |= (0x1<<led[i]);  /* Disable pull up resister 关闭相应的led的gpbio引脚的上拉电阻*/s3c_gpio_write(gpb_up, GPBUP_OFFSET);//将设置好的GPBUP引脚信息写入寄存器中/* Set GPBDAT register, set correspond GPIO port power level as high level or low level */gpb_dat = s3c_gpio_read(GPBDAT_OFFSET);//读取GPBDAT的虚拟地址并保存在gpb_dat中gpb_dat &= ~(0x1<<led[i]); /* This port set to low level, then turn LED on */gpb_dat |= (0x1<<led[i]);  /* This port set to high level, then turn LED off 将这个引脚的电平拉高*/s3c_gpio_write(gpb_dat, GPBDAT_OFFSET);//将设置好的GPBDAT引脚信息写入寄存器中}return 0;
}
static void turn_led(int which, unsigned int cmd) //由ioctl调用,控制单个LED的亮灭
{volatile unsigned long  gpb_dat;gpb_dat = s3c_gpio_read(GPBDAT_OFFSET);  //设置gpb_dat变量来存储GPBDAT的在内存中的虚拟地址if(LED_ON == cmd){gpb_dat &= ~(0x1<<led[which]); /*  Turn LED On */}else if(LED_OFF == cmd){gpb_dat |= (0x1<<led[which]);  /*  Turn LED off */}s3c_gpio_write(gpb_dat, GPBDAT_OFFSET);  //设置好的GPBDAT引脚信息写入内存
}static void s3c_hw_term(void) //调用LED结束后释放所占内存资源及设置相应GPIO引脚关闭LED
{int                     i;volatile unsigned long  gpb_dat;for(i=0; i<dev_count; i++){gpb_dat = s3c_gpio_read(GPBDAT_OFFSET);gpb_dat |= (0x1<<led[i]);  /* Turn LED off */s3c_gpio_write(gpb_dat, GPBDAT_OFFSET);} //设置相应的GPBDAT引脚信息，使LED不通release_mem_region(S3C_GPB_BASE, S3C_GPB_LEN);//释放指定的IO内存资源iounmap(s3c_gpb_membase);//iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射
}static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)//驱动功能函数open.
{int minor = iminor(inode);/通过索引节点获取次设备号file->private_data = (void *)minor;//将次设备号保存到private_data中/*private_data用于在系统调用期间保存各种状态信息*/printk(KERN_DEBUG "/dev/led%d opened.\n", minor); //打印成功信息return 0;
}static int led_release(struct inode *inode, struct file *file)//驱动功能函数release
{printk(KERN_DEBUG "/dev/led%d closed.\n", iminor(inode));return 0;
}
//内核中用inode结构表示具体的文件，而用file结构表示打开的文件描述符。
//struct file代表一个打开的文件，在执行file_operation中的open操作时被创建，
//这里需要注意的是与用户空间file指针的区别，一个在内核，而file指针在用户空间，由c库来定义。
//struct inode被内核用来代表一个文件，注意和struct file的区别，struct inode一个是代表文件，struct file一个是代表打开的文件static void print_help(void)
{printk("Follow is the ioctl() commands for %s driver:\n", DEV_NAME);//printk("Enable Driver debug command: %u\n", SET_DRV_DEBUG);printk("Turn LED on command  : %u\n", LED_ON);printk("Turn LED off command : %u\n", LED_OFF);return;
}static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)//led 中断控制函数
{int which = (int)file->private_data;switch (cmd){case LED_ON:turn_led(which, LED_ON);break;case LED_OFF:turn_led(which, LED_OFF);break;default:printk(KERN_ERR "%s driver don't support ioctl command=%d\n", DEV_NAME, cmd);print_help();break;}//实现具体第几盏灯亮或灭static struct file_operations led_fops = //结构体file_operations在头文件 linux/fs.h中定义，用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作的函数的指针.
{.owner = THIS_MODULE,// 指向拥有该结构的模块的指针，避免正在操作时被卸载，一般为初始化为THIS_MODULES.open = led_open,//传递led_open函数打开设备.release = led_release,//传递led_release函数关闭设备.unlocked_ioctl = led_ioctl,// 传递中断函数，不使用BLK的文件系统，将使用此种函数指针代替ioctl
};
static int __init s3c_led_init(void)//在内核中初始化led驱动（底层函数）
{int                    result;dev_t                  devno;if( 0 != s3c_hw_init() )//判断硬件是否初始化成功{printk(KERN_ERR "s3c2440 LED hardware initialize failure.\n");return -ENODEV;}/*  Alloc the device for driver */if (0 != dev_major) /*  Static 已知主设备号,静态获得设备编号并注册*/{devno = MKDEV(dev_major, 0);通过主设备号和次设备号构建32位设备号result = register_chrdev_region (devno, dev_count, DEV_NAME);//已知主设备号，静态注册字符设备号}else{result = alloc_chrdev_region(&devno, dev_minor, dev_count, DEV_NAME);//未知主设备号，动态分配设备号dev_major = MAJOR(devno);//根据设备号devno获得主设备号}/*  Alloc for device major failure */if (result < 0){printk(KERN_ERR "S3C %s driver can't use major %d\n", DEV_NAME, dev_major);return -ENODEV;}printk(KERN_DEBUG "S3C %s driver use major %d\n", DEV_NAME, dev_major);//设备号分配失败则打印错误if(NULL == (led_cdev=cdev_alloc()) )//创建一个cdev结构体，一个字符设备用一个cdev结构体来描述{printk(KERN_ERR "S3C %s driver can't alloc for the cdev.\n", DEV_NAME);unregister_chrdev_region(devno, dev_count);return -ENOMEM;}//cdev_alloc它主要完成了空间的申请和简单的初始化操作，分配一个cdev(在内核中代表字符设备),如果失败了则打印出错并释放分配的设备号led_cdev->owner = THIS_MODULE;  //指明设备所属模块cdev_init(led_cdev, &led_fops);//初始化cdev的file_operations，使字符设备与操作的函数绑定,led_fops结构体中的成员指向驱动提供的功能函数 result = cdev_add(led_cdev, devno, dev_count);//cdev_add为注册设备函数，通常发生在驱动模块的加载函数中，并将返回值传递给result，为0则成功if (0 != result){printk(KERN_INFO "S3C %s driver can't reigster cdev: result=%d\n", DEV_NAME, result);goto ERROR;//注册失败则打印错误并跳转到出错处理.}printk(KERN_ERR "S3C %s driver[major=%d] version %d.%d.%d installed successfully!\n", DEV_NAME, dev_major, DRV_MAJOR_VER, DRV_MINOR_VER,DRV_REVER_VER);return 0;//注册成功则打印设备的信息.
ERROR:printk(KERN_ERR "S3C %s driver installed failure.\n", DEV_NAME);cdev_del(led_cdev);//注销设备，通常发生在驱动模块的卸载函数中unregister_chrdev_region(devno, dev_count);//释放注册的设备号return result;
}
static void __exit s3c_led_exit(void)   //卸载模块函数
{dev_t devno = MKDEV(dev_major, dev_minor);s3c_hw_term();cdev_del(led_cdev);unregister_chrdev_region(devno, dev_count);printk(KERN_ERR "S3C %s driver version %d.%d.%d removed!\n",DEV_NAME, DRV_MAJOR_VER, DRV_MINOR_VER,DRV_REVER_VER);return ;
}/* These two functions defined in <linux/init.h> */
module_init(s3c_led_init);                         //      insmod 加载内核模块定义的宏，即加载led驱动
module_exit(s3c_led_exit);                         //      rmmod 卸载模块所定义的宏，退出内核模块，即卸载led驱动module_param(debug, int, S_IRUGO);
module_param(dev_major, int, S_IRUGO);MODULE_AUTHOR(DRV_AUTHOR);
MODULE_DESCRIPTION(DRV_DESC);
MODULE_LICENSE("GPL");

学习小结

学习字符设备驱动首先要知道insmod加载驱动后调用的init函数注册设备驱动的基本流程：
硬件初始化 -> 申请主次设备号 -> 定义fops（file_operations）结构体 -> 申请cdev结构体，并把fops结构体嵌入cdev结构体中，与之绑定 -> cdev_add字符设备注册。
其中file_operations结构体中的成员是加载驱动后提供的对设备进行各种操作的函数的指针，在这里你可以将你想对自己设备要进行的操作赋值结构体中相关的函数指针。比如open，read，write等。而cdev结构体则是用来描述字符设备，每一个字符设备都会有一个相对应的cdev来描述。还要值得注意的是，在linux内核中，所有的设备都是以文件的形式存在，即我们都是在对文件进行操作，都存在/dev目录下。而inode则是设备索引节点，每一个文件产生后都会有相应的inode来标识。

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