NUC972----GPIO驱动

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上一节中所实现的最小驱动模块，实现了一个驱动的加载与卸载，但是这个最小驱动除了打印字符串以外，没有任何卵用。本节将通过驱动实例——GPIO驱动，来具体讲解一个有实际作用的驱动到底是怎么写出来的。

1 .Linux设备和分类

在进行驱动编程之前，需要了解一下Linux设备的分类。Linux 系统中的设备可以分为字符设备、块设备和网络设备这 3 类。

1字符设备：

字符设备是能够像字节流一样被访问的设备，当对字符设备发出读写请求，相应的 I/O 操作立即发生。Linux 系统中很多设备都是字符设备，如字符终端、串口、键盘、鼠标等。在嵌入式 Linux 开发中，接触最多的就是字符设备以及驱动。

2块设备：

块设备是 Linux 系统中进行 I/O 操作时必须以块为单位进行访问的设备，块设备能够安装文件系统。块设备驱动会利用一块系统内存作为缓冲区，因此对块设备发出读写访问，并不一定立即产生硬件 I/O 操作。Linux 系统中常见的块设备有如硬盘、软驱等等。

3网络设备：

网络设备既可以是网卡这样的硬件设备，也可以是一个纯软件设备如回环设备。网络设备由 Linux 的网络子系统驱动，负责数据包的发送和接收，而不是面向流设备，因此在Linux系统文件系统中网络设备没有节点。对网络设备的访问是通过socket调用产生，而不是普通的文件操作。

我们要写的GPIO驱动就属于字符设备。

2. 设备节点和设备号

2.1设备节点

设备（包括硬件设备）在 Linux 系统下，表现为设备节点，也称设备文件。设备文件是一种特殊的文件，它们存储在文件系统中（通常在/dev 目录下），但它们仅占用文件目录项而不涉及存储数据。事实上，它们仅仅记录了其所属的设备类别、主设备号和从设备号等设备相关信息。

来看两个典型的设备文件的详细信息：

# ls -l /dev/ttyS0 /dev/sda1

以/dev/ttyS0 的信息为例，对其中几项进行说明。

/dev/ttyS0 是设备节点名称，c 表示该设备是字符设备，主设备号为 4从设备号为 64，该设备节点对应于系统的串口 0。由于网络设备没有设备节点，所以设备文件基本上就分为字符设备文件和块设备文件两类，在设备节点属性中，分别以 c 和 b 来表示，即 c表示字符设备节点文件，b 表示块设备节点文件。

当程序打开一个设备文件时，内核就可以获取对应设备的设备类型、主设备号和次设备号等信息，内核也就知道了程序需要操作使用哪个设备驱动程序。在程序随后对这个文件的操作都会调用相应的驱动程序的函数，同时把从设备号传递给驱动程序。

2.2设备编号

设备编号由主设备号和从设备号构成。在 Linux 内核中，使用 dev_t 类型来保存设备编号。在Linux 内核中，dev_t 是一个 32 位数，高 12 位是主设备号，低 20 位是次设备号。

主设备号标识设备对应的驱动程序，告诉 Linux 内核使用哪个驱动程序驱动该设备。如果多个设备使用同一个驱动程序，则它们拥有相同的主设备号。例如/dev/ttyS0~3、/dev/ttyS8 这 5 个设备，拥有相同的主设备号 4，说明它们使用同一份驱动：

# ls -l /dev/ttyS*

主设备号由系统来维护，尽管 Linux 可以容纳大量的设备，但是在使用主设备号的时候，注意一定不要使用系统已经使用的主设备号。一般来说，231~239 这几个设备号是系统没有分配的，用户可以自行安排使用。当前运行系统占用了哪些主设备号，可通过查看/proc/devices 文件得到。例如：

# cat /proc/devices

从设备号也称次设备号，用于确定该设备文件所指定的设备。如果一个设备驱动可以驱动一组相似的设备，此时就需要依赖于次设备号对这些外设进行区分。

获取一个设备的设备编号，应当使用<linux/kdev_t.h>中定义的宏，而不应当对设备号的位数和表述结构做任何假设，因为这样会导致不兼容以前的内核，或者未来版本设备号结构和表述方式发生变化。

3. 开始编写GPIO驱动

GPIO驱动可以分为以下几个组成部分：

头文件：

#include <linux/module.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/device.h>

#include <linux/io.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/acpi.h>

#include <linux/platform_device.h>

#include <mach/gpio.h>

#include <linux/clk.h>

#include <mach/map.h>

#include <mach/regs-gpio.h>

#include <mach/regs-clock.h>

#include <mach/regs-gcr.h>

#include <mach/irqs.h>

#include <linux/miscdevice.h>

#include <linux/platform_device.h>

#include <asm/io.h>

#include <linux/regulator/consumer.h>

#include <linux/delay.h>

2.open函数实现

int qgpio_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{

//需要执行的代码

return nonseekable_open(inode,filp);

}

当应用使用open()函数打开驱动时，驱动内部会自动调用这个qgpio_open函数，一般情况下，open函数里面放该驱动的初始化代码，因为应用只会在程序开头调用一次open()函数。

3.ioctl函数

字符型设备驱动通讯接口函数一般有read()、write()和ioctl()。read()函数为读取函数，一般读取一个数组，参数为数组首地址和数组长度。write()函数为写入函数，一般写入一个数组，参数为数组首地址和数组长度。ioctl()可读可写，但是一次只能读或者写一个32位的数据。根据GPIO的操作特性，我们选择ioctl函数进行操作。

long qgpio_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)

{

//需要执行的代码

}

4.fops定义

fops定义主要作用是将我们写的各项函数接口告知给内核驱动。比如说，驱动的open函数是qgpio_open(),可以这样表达：.open = qgpio_open,

struct file_operations qgpio_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = qgpio_open,

.unlocked_ioctl = qgpio_ioctl,

};

5.init函数和exit函数

关于模块的初始化，和模块的退出，8.2节已经介绍过了，这里就不再赘述。

static int __init qgpio_init (void)

{

//需要执行的函数

return 0;

}

static void __exit qgpio_exit (void)

{

//需要执行的函数

}

module_init (qgpio_init);

module_exit (qgpio_exit);

6.许可证

MODULE_LICENSE ("GPL");

GPIO硬件操作

nuc972_gpio.c中提供了GPIO操作的函数接口，其编程方式可裸机编程大致相同，这里就不做说明，详情可以参考裸机开发手册。

ioctl对指令的解析

unsigned short iocmd;

unsigned short portx;

iocmd=cmd/0xff;

portx=cmd%0xff;

switch(iocmd)

{

case 1:

set_gpio_direction(portx,arg);

break;

case 2:

return get_gpio_direction(portx);

break;

case 3:

set_gpio_odr(portx,arg);

break;

case 4:

return get_gpio_odr(portx);

break;

case 5:

return get_gpio_idr(portx);

break;

default:

return -EINVAL;

}

return 0;

自动获得设备号和设备节点

int result;

devno = MKDEV(QGPIO_MAJOR, QGPIO_MINOR);

if (QGPIO_MAJOR)

result = register_chrdev_region(devno, 2, "qgpio");

else

{

result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "qgpio");

QGPIO_MAJOR = MAJOR(devno);

}

printk("MAJOR IS %d\n",QGPIO_MAJOR);

my_class = class_create(THIS_MODULE,"qgpio_class"); //类名

if(IS_ERR(my_class))

{

printk("Err: failed in creating class.\n");

return -1;

}

device_create(my_class,NULL,devno,NULL,"qgpio"); //设备名

if (result<0)

{

printk (KERN_WARNING "hello: can't get major number %d\n", QGPIO_MAJOR);

return result;

}

cdev_init(&cdev, &qgpio_fops);

cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev_add(&cdev, devno, NUMBER_OF_DEVICES);

printk (KERN_INFO "qgpio driver Registered\n");

return 0;

自动注销设备号和节点

cdev_del (&cdev);

device_destroy(my_class, devno);

//delete device node under /dev必须先删除设备，再删除class类

class_destroy(my_class);

//delete class created by us

unregister_chrdev_region (devno,NUMBER_OF_DEVICES);

printk (KERN_INFO "char driver cleaned up\n");