Linux字符驱动框架学习笔记01（ZYNQ-7010）

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Linux字符驱动框架学习笔记01（ZYNQ-7010）

发现最近随便转载的很多啊，未经授权禁止转载！抄袭！！否则转载者死全家！！另外这是我的笔记，不是教程，难免会有错误，不具有很高的参考性，望周知。

以此笔记记录我在驱动学习过程中的知识点，仅此而已。

模块基本框架：

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module_init(newchrled_init);
module_exit(newchrled_exit);
MODULE_AUTHOR("verylk");
MODULE_DESCRIPTION("ZYNQ New Char Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

头文件：

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#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/cdev.h>

宏定义：

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#define NEWCHRLED_CNT    1    /* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME    "newchrled" /* 名字 */

GPIO寄存器地址：

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#define ZYNQ_GPIO_REG_BASE    0xE000A000
#define DATA_OFFSET    0x00000040
#define DIRM_OFFSET    0x00000204
#define OUTEN_OFFSET    0x00000208
#define INTDIS_OFFSET    0x00000214
#define APER_CLK_CTRL    0xF800012C

地址映射，虚拟地址到物理地址映射：

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static void __iomem *data_addr;
static void __iomem *dirm_addr;
static void __iomem *outen_addr;
static void __iomem *intdis_addr;
static void __iomem *aper_clk_ctrl_addr;

static inline void led_ioremap(void)//使用内联函数，以空间换时间，减小压栈和出栈时间，提高执行效率
{
    data_addr = ioremap(ZYNQ_GPIO_REG_BASE + DATA_OFFSET, 4);
    dirm_addr = ioremap(ZYNQ_GPIO_REG_BASE + DIRM_OFFSET, 4);
    outen_addr = ioremap(ZYNQ_GPIO_REG_BASE + OUTEN_OFFSET, 4);
    intdis_addr = ioremap(ZYNQ_GPIO_REG_BASE + INTDIS_OFFSET, 4);
    aper_clk_ctrl_addr = ioremap(APER_CLK_CTRL, 4);
}
static inline void led_iounmap(void)
{
    iounmap(data_addr);
    iounmap(dirm_addr);
    iounmap(outen_addr);
    iounmap(intdis_addr);
    iounmap(aper_clk_ctrl_addr);
}

字符设备的结构体：

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struct newchrled_dev {
dev_t devid;    /* 设备号 */
struct cdev cdev;    /* cdev */
struct class *class;    /* 类 */
struct device *device;    /* 设备 */
int major;    /* 主设备号 */
int minor;    /* 次设备号 */
};

static struct newchrled_dev newchrled; /* led 设备 */

设备操作函数：

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/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchrled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,    //需要实现这几个函数
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};

操作函数实现，函数参数可以参考内核中现有的驱动，这里主要实现open和write函数：

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static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据，私有数据指向设备结构体 */
    return 0;
}

static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    return 0;
}

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int ret;
    int val;
    char kern_buf[1];

    ret = copy_from_user(kern_buf, buf, cnt); // 得到应用层传递过来的数据
    if(0 > ret) {
        printk(KERN_ERR "kernel write failed!\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    val = readl(data_addr);
    if (0 == kern_buf[0])
        val &= ~(0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是 0 则关闭 led
    else if (1 == kern_buf[0])
        val |= (0x1U << 7); // 如果传递过来的数据是 1 则点亮 led

    writel(val, data_addr);
    return 0;
}

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

最重要的驱动入口函数和出口函数实现：

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static int __init led_init(void)
{
    u32 val;
    int ret;

    /* 1.寄存器地址映射 */
    led_ioremap();

    /* 2.使能 GPIO 时钟 */
    val = readl(aper_clk_ctrl_addr);
    val |= (0x1U << 22);
    writel(val, aper_clk_ctrl_addr);

    /* 3.关闭中断功能 */
    val |= (0x1U << 7);
    writel(val, intdis_addr);

    /* 4.设置 GPIO 为输出功能 */
    val = readl(dirm_addr);
    val |= (0x1U << 7);
    writel(val, dirm_addr);

    /* 5.使能 GPIO 输出功能 */
    val = readl(outen_addr);
    val |= (0x1U << 7);
    writel(val, outen_addr);

    /* 6.默认关闭 LED */
    val = readl(data_addr);
    val &= ~(0x1U << 7);
    writel(val, data_addr);

    /* 7.注册字符设备驱动 */
    /* 创建设备号 */
    if (newchrled.major) {
        newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);

        ret = register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
        if (ret)
            goto out1;//如果执行出错了，需要将所做的操作进行回滚
    }
    else {
        ret = alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
        if (ret)
            goto out1;

        newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);
        newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);
    }

    printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);

    /* 初始化 cdev */
    newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);

    /* 添加一个 cdev */
    ret = cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
    if (ret)
        goto out2;

    /* 创建类 */
    newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
    if (IS_ERR(newchrled.class)) {
        ret = PTR_ERR(newchrled.class);
        goto out3;
    }

    /* 创建设备 */
    newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL,
    newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
    if (IS_ERR(newchrled.device)) {
        ret = PTR_ERR(newchrled.device);
        goto out4;
    }

    return 0;

out4:
    class_destroy(newchrled.class);

out3:
    cdev_del(&newchrled.cdev);

out2:
    unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

out1:
    led_iounmap();

    return ret;
}

static void __exit led_exit(void)
{
    /* 注销设备 */
    device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);

    /* 注销类 */
    class_destroy(newchrled.class);

    /* 删除 cdev */
    cdev_del(&newchrled.cdev);

    /* 注销设备号 */
    unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

    /* 取消地址映射 */
    led_iounmap();
}

至此，驱动编写完毕。

编写驱动编译makefile文件：

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KERN_DIR := /home/ubuntu/Zynq-Pfj/ACZ702_Linux_Base/linux/kernel
#需要修改为对应内核源码路径
obj-m := newchrled.o
#需要修改为.c文件对应的.o文件，.c文件make会自动查找
all:
    make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean

使用make命令编译驱动：

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make -j12 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

编译没有错误会生成.ko文件：

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C /home/ubuntu/Zynq-Pfj/ACZ702_Linux_Base/linux/kernel M=`pwd` modules
make[1]: warning: jobserver unavailable: using -j1.  Add '+' to parent make rule.
make[1]: Entering directory '/home/ubuntu/Zynq-Pfj/ACZ702_Linux_Base/linux/kernel'
  CC [M]  /home/ubuntu/Zynq-Pfj/3_newchrled/newchrled.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/ubuntu/Zynq-Pfj/3_newchrled/newchrled.mod.o
  LD [M]  /home/ubuntu/Zynq-Pfj/3_newchrled/newchrled.ko
make[1]: Leaving directory '/home/ubuntu/Zynq-Pfj/ACZ702_Linux_Base/linux/kernel'

复制.ko文件到文件系统中：

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sudo cp newchrled.ko ~/zynq/linux/nfs/lib/modules/4.14.0-xilinx

连接ZYNQ开发板，在开发板上执行命令：

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root@ACZ702_System:~# depmod
root@ACZ702_System:~# modprobe newchrled.ko
newcheled major=245,minor=0

查看/dev目录下是否自动创建了newchrled设备：

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root@ACZ702_System:~# ls /dev | grep newchrled
newchrled

打开LED，测试newchrled设备是否正常：

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echo 1 > /dev/newchrled
#不要尝试，会死机

这样直接向设备写字符会导致死机，这里需要写一个APP，让APP去向newchrled写入数据：

APP.c：

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/*
 * @description        : main主程序
 * @param - argc    : argv数组元素个数
 * @param - argv    : 具体参数
 * @return            : 0 成功;其他 失败
 */

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, ret;
    unsigned char buf[1];

    if (3 != argc)
    {
        printf("Usage:\n"
               "\t./ledApp /dev/led 1        @ close LED\n"
               "\t./ledApp /dev/led 0        @ open LED\n");
        return -1;
    }
    /* 打开设备 */
    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if (0 > fd)
    {
        printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }
    /* 将字符串转换为int型数据 */
    buf[0] = atoi(argv[2]);
    /* 向驱动写入数据 */
    ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
    if (0 > ret)
    {
        printf("LED Control Failed!\r\n");
        close(fd);
        return -1;
    }
    /* 关闭设备 */
    close(fd);
    return 0;
}

交叉编译后，执行：

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root@ACZ702_System:~# ./APP /dev/newchrled 1

发现LED灯亮了，至此驱动编写完成。

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