之前的幾篇文章（從i.MX6ULL嵌入式Linux開發(fā)1-uboot移植初探起)，介紹了嵌入式了Linux的系統(tǒng)移植（uboot、內(nèi)核與根文件系統(tǒng)）以及使用MfgTool工具將系統(tǒng)燒寫到板子的EMMC中。

本篇開始介紹嵌入式Linux驅(qū)動開發(fā)。

1 Linux驅(qū)動分類

Linux中的外設(shè)驅(qū)動可以分為三大類：字符設(shè)備驅(qū)動、塊設(shè)備驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動。

字符設(shè)備驅(qū)動：字符設(shè)備是能夠按照字節(jié)流（比如文件）進行讀寫操作的設(shè)備。字符設(shè)備最常見，從最簡單的點燈到I2C、SPI、音頻等都屬于字符設(shè)備驅(qū)動

塊設(shè)備驅(qū)動：以存儲塊為基礎(chǔ)的設(shè)備驅(qū)動，如EMMC、NAND、SD卡等。對用戶而言，字符設(shè)備與塊設(shè)備的訪問方式?jīng)]有差別。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動：即網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，它同時具有字符設(shè)備和塊設(shè)備的特點，因為它是輸入輸出是有結(jié)構(gòu)塊的（報文，包，幀），但它的塊的大小又不是固定的。

2 Linux驅(qū)動基本原理

在Linux中一切皆文件，驅(qū)動加載成功以后會在“/dev”目錄下生成一個相應(yīng)的文件，應(yīng)用程序通過對這個名為“/dev/xxx”的文件進行相應(yīng)的操作即可實現(xiàn)對硬件的操作。

比如最簡單的點燈功能，會有/dev/led這樣的驅(qū)動文件，應(yīng)用程序使用open函數(shù)來打開文件/dev/led，如果要點亮或關(guān)閉led，那么就使用write函數(shù)寫入開關(guān)值，如果要獲取led的狀態(tài)，就用read函數(shù)從驅(qū)動中讀取相應(yīng)的狀態(tài)，使用完成以后使用close函數(shù)關(guān)閉/dev/led這個文件。

2.1 Linux軟件分層結(jié)構(gòu)

Linux軟件從上到下可以分層4層結(jié)構(gòu)，以控制LED為例：

應(yīng)用層：應(yīng)用程序使用庫提供的open函數(shù)打開LED設(shè)備

庫：庫根據(jù)open函數(shù)傳入的參數(shù)執(zhí)行“swi”指令，進而引起CPU異常，進入內(nèi)核

內(nèi)核：內(nèi)核的異常處理函數(shù)根據(jù)傳入的參數(shù)找到對應(yīng)的驅(qū)動程序，返回文件句柄給庫，進而返回給應(yīng)用層

應(yīng)用層得到文件句柄后，使用庫提供的write或ioctl發(fā)出控制指令

庫根據(jù)write或ioctl函數(shù)傳入的參數(shù)執(zhí)行“swi”指令，進入內(nèi)核

內(nèi)核的異常處理函數(shù)根據(jù)傳入的參數(shù)找到對應(yīng)的驅(qū)動程序

驅(qū)動：驅(qū)動程序控制硬件，點亮LED

應(yīng)用程序運行在用戶空間，而Linux驅(qū)動屬于內(nèi)核的一部分，因此驅(qū)動運行于內(nèi)核空間。當應(yīng)用層通過open函數(shù)打開/dev/led 這個驅(qū)動時，因用戶空間不能直接操作內(nèi)核，因此會使用“系統(tǒng)調(diào)用”的方法來從用戶空間“陷入”到內(nèi)核空間，實現(xiàn)對底層驅(qū)動的操作。

比如應(yīng)用程序調(diào)用了open這個函數(shù)，則在驅(qū)動程序中也應(yīng)有一個對應(yīng)的open的函數(shù)。

2.2 Linux內(nèi)核驅(qū)動操作函數(shù)

每一個系統(tǒng)調(diào)用，在驅(qū)動中都有與之對應(yīng)的一個驅(qū)動函數(shù)，在Linux內(nèi)核文件include/linux/fs.h中有個file_operations結(jié)構(gòu)體，就是Linux內(nèi)核驅(qū)動操作函數(shù)集合：

复制struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	/*省略若干行...*/
};

其中有關(guān)字符設(shè)備驅(qū)動開發(fā)中常用的函數(shù)有：

owner：擁有該結(jié)構(gòu)體的模塊的指針，一般設(shè)置為THIS_MODULE。

llseek函數(shù)：用于修改文件當前的讀寫位置。

read函數(shù)：用于讀取設(shè)備文件。

write函數(shù)：用于向設(shè)備文件寫入(發(fā)送)數(shù)據(jù)。

poll函數(shù)：是個輪詢函數(shù)，用于查詢設(shè)備是否可以進行非阻塞的讀寫。

unlocked_ioctl函數(shù)：提供對于設(shè)備的控制功能， 與應(yīng)用程序中的 ioctl 函數(shù)對應(yīng)。

compat_ioctl函數(shù)：與 unlocked_ioctl功能一樣，區(qū)別在于在 64 位系統(tǒng)上，32 位的應(yīng)用程序調(diào)用將會使用此函數(shù)。在 32 位的系統(tǒng)上運行 32 位的應(yīng)用程序調(diào)用的是unlocked_ioctl。

mmap函數(shù)：用于將將設(shè)備的內(nèi)存映射到進程空間中(也就是用戶空間)，一般幀緩沖設(shè)備會使用此函數(shù)， 比如 LCD 驅(qū)動的顯存，將幀緩沖(LCD 顯存)映射到用戶空間中以后應(yīng)用程序就可以直接操作顯存了，這樣就不用在用戶空間和內(nèi)核空間之間來回復(fù)制。

open函數(shù)：用于打開設(shè)備文件。

release函數(shù)：用于釋放(關(guān)閉)設(shè)備文件，與應(yīng)用程序中的 close 函數(shù)對應(yīng)。

fasync函數(shù)：用于刷新待處理的數(shù)據(jù)，用于將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)刷新到磁盤中。

aio_fsync函數(shù)：與fasync功能類似，只是 aio_fsync 是異步刷新待處理的

2.3 Linux驅(qū)動運行方式

Linux 驅(qū)動有兩種運行方式：

將驅(qū)動編譯進Linux內(nèi)核中， 這樣當Linux內(nèi)核啟動的時候就會自動運行驅(qū)動程序。

將驅(qū)動編譯成模塊(擴展名為 .ko)， 在Linux內(nèi)核啟動以后使用“insmod”命令加載驅(qū)動模塊。

在驅(qū)動開發(fā)階段一般都將其編譯為模塊，不需要編譯整個Linux代碼，方便調(diào)試驅(qū)動程序。當驅(qū)動開發(fā)完成后，根據(jù)實際需要，可以選擇是否將驅(qū)動編譯進Linux內(nèi)核中。

2.4 Linux設(shè)備號

2.4.1 設(shè)備號的組成

Linux中每個設(shè)備都有一個設(shè)備號，設(shè)備號由主設(shè)備號和次設(shè)備號兩部分組成。

主設(shè)備號：表示某一個具體的驅(qū)動

次設(shè)備號：表示使用這個驅(qū)動的各個設(shè)備

Linux 提供了名為dev_t的數(shù)據(jù)類型表示設(shè)備號，其本質(zhì)是32位的unsigned int數(shù)據(jù)類型，其中高12位為主設(shè)備號，低20位為次設(shè)備號，因此Linux中主設(shè)備號范圍為0~4095。

在文件include/linux/kdev_t.h中提供了幾個關(guān)于設(shè)備號操作的宏定義：

复制#define MINORBITS   20 

#define MINORMASK   ((1U << MINORBITS) - 1) 

?

#define MAJOR(dev) ?  ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS)) 

#define MINOR(dev)   ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK)) 

#define MKDEV(ma,mi)  (((ma) << MINORBITS) | (mi))

MINORBITS：表示次設(shè)備號位數(shù)，一共20位

MINORMASK：表示次設(shè)備號掩碼

MAJOR：用于從dev_t中獲取主設(shè)備號，將dev_t右移20位即可

MINOR：用于從dev_t中獲取次設(shè)備號，取dev_t的低20位的值即可

MKDEV：用于將給定的主設(shè)備號和次設(shè)備號的值組合成dev_t類型的設(shè)備號

2.4.2 主設(shè)備號的分配

主設(shè)備號的分配包括靜態(tài)分配和動態(tài)分配

靜態(tài)分配需要手動指定設(shè)備號，并且要注意不能與已有的重復(fù)，一些常用的設(shè)備號已經(jīng)被Linux內(nèi)核開發(fā)者給分配掉了，使用“cat /proc/devices”命令可查看當前系統(tǒng)中所有已經(jīng)使用了的設(shè)備號。

動態(tài)分配是在注冊字符設(shè)備之前先申請一個設(shè)備號，系統(tǒng)會自動分配一個沒有被使用的設(shè)備號， 這樣就避免了沖突。在卸載驅(qū)動的時候釋放掉這個設(shè)備號即可。

設(shè)備號的申請函數(shù)：

复制/*
* dev：保存申請到的設(shè)備號
* baseminor：次設(shè)備號起始地址，一般baseminor為0 (次設(shè)備號以baseminor為起始地址地址開始遞)
* count：要申請的設(shè)備號數(shù)量
* name：設(shè)備名字
*/
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) 

設(shè)備號的釋放函數(shù)：

复制/*
* from：要釋放的設(shè)備號
* count：表示從from開始，要釋放的設(shè)備號數(shù)量
*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) 

3 字符設(shè)備驅(qū)動開發(fā)模板

3.1 加載與卸載

在編寫驅(qū)動的時候需要注冊模塊加載和卸載這兩種函數(shù)：

复制module_init(xxx_init);   //注冊模塊加載函數(shù) 
module_exit(xxx_exit);   //注冊模塊卸載函數(shù) 

复制module_init()用來向Linux內(nèi)核注冊一個模塊加載函數(shù)，參數(shù)xxx_init就是需要注冊的具體函數(shù)，當使用 “insmod” 命令加載驅(qū)動的時候，xxx_init這個函數(shù)就會被調(diào)用。

复制module_exit()用來向Linux內(nèi)核注冊一個模塊卸載函數(shù)，參數(shù)xxx_exit就是需要注冊的具體函數(shù)，當使 用“rmmod”命令卸載具體驅(qū)動的時候 xxx_exit函數(shù)就會被調(diào)用。

字符設(shè)備驅(qū)動模塊加載和卸載模板如下所示：

复制/* 驅(qū)動入口函數(shù) */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函數(shù)內(nèi)容 */ 
	return 0; 
} 

/* 驅(qū)動出口函數(shù) */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/*出口函數(shù)內(nèi)容*/ 
} 

/*指定為驅(qū)動的入口和出口函數(shù) */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

驅(qū)動編譯完成以后擴展名為.ko， 有兩種命令可以加載驅(qū)動模塊:

复制insmod：最簡單的模塊加載命令，用于加載指定的.ko模塊，此命令不能解決模塊的依賴關(guān)系

复制modprobe：該命令會分析模塊的依賴關(guān)系，將所有的依賴模塊都加載到內(nèi)核中，因此更智能

modprobe 命令默認會去复制/lib/modules/目錄中查找模塊（自制的根文件系統(tǒng)沒有這個目錄，需要手動創(chuàng)建）

卸載驅(qū)動也有兩種命令：

复制rmmod：例如使用复制rmmod drv.ko來卸載 drv.ko這一個模塊

复制modprobe -r：該命令除了卸載指定的驅(qū)動，還卸載其所依賴的其他模塊，若這些依賴模塊還在被其它模塊使用，就不能使用 modprobe來卸載驅(qū)動模塊！！！

3.2 注冊與注銷

對于字符設(shè)備驅(qū)動而言，當驅(qū)動模塊加載成功以后需要注冊字符設(shè)備，同樣，卸載驅(qū)動模塊的時候也需要注銷掉字符設(shè)備。

字符設(shè)備的注冊函數(shù)原型如下所示:

复制/* func: register_chrdev 注冊字符設(shè)備
* major:主設(shè)備號
* name:設(shè)備名字，指向一串字符串
* fops:結(jié)構(gòu)體 file_operations 類型指針，指向設(shè)備的操作函數(shù)集合變量
*/
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops) 

字符設(shè)備的注銷函數(shù)原型如下所示:

复制/* func: unregister_chrdev 注銷字符設(shè)備
* majo:要注銷的設(shè)備對應(yīng)的主設(shè)備號 
* name:要注銷的設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備名
*/
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name) 

一般字符設(shè)備的注冊在驅(qū)動模塊的入口函數(shù) xxx_init 中進行，字符設(shè)備的注銷在驅(qū)動模塊的出口函數(shù) xxx_exit 中進行。

复制static struct file_operations test_fops;

/* 驅(qū)動入口函數(shù) */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/* 入口函數(shù)具體內(nèi)容 */ 
    int retvalue = 0; 
    /* 注冊字符設(shè)備驅(qū)動 */ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*  字符設(shè)備注冊失敗, 自行處理 */ 
	} 
	return 0; 
} 

/* 驅(qū)動出口函數(shù) */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/* 注銷字符設(shè)備驅(qū)動 */ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
} 

/* 將上面兩個函數(shù)指定為驅(qū)動的入口和出口函數(shù) */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

注：選擇沒有被使用的主設(shè)備號，可輸入命令“cat /proc/devices”來查看當前已經(jīng)被使用掉的設(shè)備號

3.3 實現(xiàn)設(shè)備的具體操作函數(shù)

file_operations 結(jié)構(gòu)體就是設(shè)備的具體操作函數(shù)。

假設(shè)對chrtest這個設(shè)備有如下兩個要求：

能夠?qū)崿F(xiàn)打開和關(guān)閉操作：需要實現(xiàn) file_operations 中的open和release這兩個函數(shù)

能夠?qū)崿F(xiàn)進行讀寫操作：需要實現(xiàn) file_operations 中的read和write這兩個函數(shù)

首先是 打開(open)、讀取(read)、寫入(write)、釋放(release) 4個基本操作

复制/*打開設(shè)備*/ 
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	/*用戶實現(xiàn)具體功能*/
	return 0; 
} 

/*從設(shè)備讀取*/ 
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用戶實現(xiàn)具體功能*/
	return 0; 
} 

/*向設(shè)備寫數(shù)據(jù)*/ 
static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用戶實現(xiàn)具體功能*/
	return 0; 
} 

/*關(guān)閉釋放設(shè)備*/ 
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	 /*用戶實現(xiàn)具體功能*/ 
	return 0; 
} 

然后是 驅(qū)動的入口(init)和出口(exit) 函數(shù):

复制/*文件操作結(jié)構(gòu)體*/
static struct file_operations test_fops = { 
	.owner = THIS_MODULE,    
	.open = chrtest_open, 
	.read = chrtest_read, 
	.write = chrtest_write, 
	.release = chrtest_release, 
}; 

/*驅(qū)動入口函數(shù)*/ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函數(shù)具體內(nèi)容*/ 
	int retvalue = 0; 

    /*注冊字符設(shè)備驅(qū)動*/ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*字符設(shè)備注冊失敗*/ 
	} 
	return 0; 
}

/*驅(qū)動出口函數(shù)*/ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{
	/*注銷字符設(shè)備驅(qū)動*/ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
}

/*指定為驅(qū)動的入口和出口函數(shù)*/ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

3.4 添加LICENSE和作者信息

LICENSE是必須添加的，否則編譯時會報錯，作者信息可加可不加。

复制MODULE_LICENSE()  //添加模塊 LICENSE 信息 
MODULE_AUTHOR()   //添加模塊作者信息

總結(jié)一下：

4 字符設(shè)備驅(qū)動開發(fā)實驗

下面以正點原子提供的教程中的chrdevbase這個虛擬設(shè)備為例，完整的編寫一個字符設(shè)備驅(qū)動模塊。chrdevbase不是實際存在的一個設(shè)備，只是為了學(xué)習(xí)字符設(shè)備的開發(fā)的流程。

4.1 程序編寫

需要分別編寫驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。

注：為了區(qū)分兩個程序的打印信息，在驅(qū)動程序的打印前都添加“[BSP]”標識，在應(yīng)用程序的打印前都添加”[APP]“標識。

4.1.1 編寫驅(qū)動程序

一些定義

复制#define CHRDEVBASE_MAJOR	200				/*主設(shè)備號*/
#define CHRDEVBASE_NAME		"chrdevbase" 	/*設(shè)備名*/

static char readbuf[100];		/*讀緩沖區(qū)*/
static char writebuf[100];		/*寫緩沖區(qū)*/
static char kerneldata[] = {"kernel data!"}; /*內(nèi)核驅(qū)動中的數(shù)據(jù)，用來測試應(yīng)用程序讀取該數(shù)據(jù)*/

打開、關(guān)閉、讀取、寫入

复制/*
 * @description		: 打開設(shè)備
 * @param - inode 	: 傳遞給驅(qū)動的inode
 * @param - filp 	: 設(shè)備文件，file結(jié)構(gòu)體有個叫做private_data的成員變量
 * 					  一般在open的時候?qū)rivate_data指向設(shè)備結(jié)構(gòu)體。
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase open!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 從設(shè)備讀取數(shù)據(jù) 
 * @param - filp 	: 要打開的設(shè)備文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回給用戶空間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
 * @param - cnt 	: 要讀取的數(shù)據(jù)長度
 * @param - offt 	: 相對于文件首地址的偏移
 * @return 			: 讀取的字節(jié)數(shù)，如果為負值，表示讀取失敗
 */
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
	
	/* 向用戶空間發(fā)送數(shù)據(jù) */
	memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
    
	retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel senddata ok!\n");
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel senddata failed!\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase read!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向設(shè)備寫數(shù)據(jù) 
 * @param - filp 	: 設(shè)備文件，表示打開的文件描述符
 * @param - buf 	: 要寫給設(shè)備寫入的數(shù)據(jù)
 * @param - cnt 	: 要寫入的數(shù)據(jù)長度
 * @param - offt 	: 相對于文件首地址的偏移
 * @return 			: 寫入的字節(jié)數(shù)，如果為負值，表示寫入失敗
 */
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
    
	/* 接收用戶空間傳遞給內(nèi)核的數(shù)據(jù)并且打印出來 */
	retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata:%s\n", writebuf);
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata failed!\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase write!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 關(guān)閉/釋放設(shè)備
 * @param - filp 	: 要關(guān)閉的設(shè)備文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失敗
 */
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase release！\n");
	return 0;
}

驅(qū)動加載與注銷

复制/*
 * 設(shè)備操作函數(shù)結(jié)構(gòu)體
 */
static struct file_operations chrdevbase_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,	
	.open = chrdevbase_open,
	.read = chrdevbase_read,
	.write = chrdevbase_write,
	.release = chrdevbase_release,
};

/*
 * @description	: 驅(qū)動入口函數(shù) 
 * @param 		: 無
 * @return 		: 0 成功;其他 失敗
 */
static int __init chrdevbase_init(void)
{
	int retvalue = 0;

	/* 注冊字符設(shè)備驅(qū)動 */
	retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &chrdevbase_fops);
	if(retvalue < 0)
    {
		printk("[BSP] chrdevbase driver register failed\n");
	}
	printk("[BSP] chrdevbase init!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驅(qū)動出口函數(shù)
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
	/* 注銷字符設(shè)備驅(qū)動 */
	unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
	printk("[BSP] chrdevbase exit!\n");
}

/*將上面兩個函數(shù)指定為驅(qū)動的入口和出口函數(shù)*/
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);

最后的LIENSE與作者

复制/*LICENSE和作者信息*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai & xxpcb"); //本篇的程序代碼在“正點原子”左大神提供的代碼上進行修改

4.1.2 編寫應(yīng)用程序

這里把程序截取為3段分析，首先看開頭：

复制#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

static char usrdata[] = {"usr data!"}; /*應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)，用于測試通過驅(qū)動訪問寫入內(nèi)核*/

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	char readbuf[100], writebuf[100];

	if(argc != 3)
    {
		printf("[APP] Error Usage!\n");
		return -1;
	}

    //參數(shù)1是驅(qū)動的文件名，用來指定驅(qū)動的位置
	filename = argv[1];

	//【1】打開驅(qū)動文件
	fd  = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0)
    {
		printf("[APP] Can't open file %s\n", filename);
		return -1;
	}
    printf("[APP] open file: '%s' success\n", filename);

主要是一些頭文件和main函數(shù)入口，調(diào)用main函數(shù)時需要傳入2個參數(shù)（實際是3個參數(shù)，函數(shù)名本身是默認的第0個參數(shù)，不需要手動指定），具體作用為：

參數(shù)0：argv[0]，函數(shù)名本身，這里不作用途

參數(shù)1：argv[1]，filename，這里不作用途

參數(shù)2：argv[2]，自定義的操作參數(shù)，下面函數(shù)會講到，1為從驅(qū)動文件中讀取，2為向驅(qū)動文件中寫入數(shù)據(jù)

再來看具體操作：

复制    //【2】從驅(qū)動文件讀取數(shù)據(jù)
	if(atoi(argv[2]) == 1)//參數(shù)1表示【讀取】內(nèi)核中的數(shù)據(jù)
    { 
		retvalue = read(fd, readbuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] read file '%s' failed!\n", filename);
		}
        else
        {
			/* 讀取成功，打印出讀取成功的數(shù)據(jù) */
			printf("[APP] read data:%s\n",readbuf);
		}
	}
    //【3】向設(shè)備驅(qū)動寫數(shù)據(jù)
	if(atoi(argv[2]) == 2)//參數(shù)2表示向內(nèi)核中【寫入】數(shù)據(jù)
    {
		memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
		retvalue = write(fd, writebuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] write file %s failed!\n", filename);
		}
        else
        {
            printf("[APP] write data:'%s' to file ok\n", writebuf);
        }
	}

最后是關(guān)閉設(shè)備：

复制	//【4】關(guān)閉設(shè)備
	retvalue = close(fd);
	if(retvalue < 0)
    {
		printf("[APP] Can't close file %s\n", filename);
		return -1;
	}
	printf("[APP] close file ok\r\n");

	return 0;
}

關(guān)閉即表示不再使用該設(shè)備了（若要再使用則重新打開即可），通過關(guān)閉驅(qū)動文件來實現(xiàn)字符設(shè)備驅(qū)動的關(guān)閉。

4.2 程序編譯

4.2.1 編譯驅(qū)動程序

編譯驅(qū)動，即編譯chrdevbase.c這個文件為.ko 模塊，使用Makefile來編譯，先創(chuàng)建Makefile：

复制KERNELDIR := /home/xxpcb/myTest/imx6ull/kernel/nxp_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrdevbase.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

各行含義：

KERNELDIR：開發(fā)板所使用的Linux內(nèi)核源碼目錄

CURRENT_PATH：當前路徑，通過運行“pwd”命令獲取

obj-m：將 chrdevbase.c 這個文件編譯為chrdevbase.ko模塊

具體的編譯命令：后面的modules表示編譯模塊，-C 表示切換工作目錄到KERNERLDIR目錄，M表示模塊源碼目錄

輸入“make”命令即可編譯，編譯后會出現(xiàn)許多編譯文件

注：若直接make編譯報如下錯誤，是因為kernel中沒有指定編譯器和架構(gòu)，使用了默認的x86平臺編譯報錯。

修改Kernel工程的頂層Makefile，直接定義ARCH和CROSS_COMPILE 這兩個的變量值為 arm 和 arm-linux-gnueabihf-

(內(nèi)核篇的介紹見：i.MX6ULL嵌入式Linux開發(fā)3-Kernel移植)

4.2.2 編譯應(yīng)用程序

編譯應(yīng)用程序不需要內(nèi)核文件參與，只有一個文件就能編譯，因此直接輸入指令進行編譯：

复制arm-linux-gnueabihf-gcc chrdevbaseApp.c -o chrdevbaseApp

編譯會生chrdevbaseApp，它是32位LSB格式的ARM版本可執(zhí)行文件

4.3 測試

上一篇文章（i.MX6ULL嵌入式Linux開發(fā)6-系統(tǒng)燒寫到eMM）已經(jīng)實現(xiàn)了系統(tǒng)移植的打包燒錄工作，系統(tǒng)已經(jīng)燒錄的EMMC中了。這次我們就直接在這個基礎(chǔ)上進行實驗。

4.3.1 創(chuàng)建驅(qū)動模塊目錄

加載驅(qū)動模塊，使用的modprobe命令，會從特定的目錄下尋找文件。比如開發(fā)板使用的是4.1.15版的Linux內(nèi)核 ，則是“/lib/modules/4.1.15”這個目錄，這個目錄一般是沒有的，需要根據(jù)Linux內(nèi)核的版本自己創(chuàng)建。

注意這是開發(fā)板的文件系統(tǒng)中的路徑，可以通過串口連接進入開發(fā)板，通過linux指令創(chuàng)建該目錄。

4.3.2 發(fā)送文件到開發(fā)板(TFTP傳輸)

此次測試首先需要將ubuntu中編譯的文件傳輸?shù)桨遄?/strong>中運行，怎么傳輸呢？可以使用TFTP傳輸服務(wù)。

在之前的文章（i.MX6ULL嵌入式Linux開發(fā)2-uboot移植實踐）中已經(jīng)介紹了如何在ubuntu中搭建TFTP服務(wù)器。

搭建好TFTP服務(wù)后，開始傳輸文件到開發(fā)板具體的傳輸步驟為：

開發(fā)板連接網(wǎng)線，與ubuntu虛擬機處于同一局域網(wǎng)內(nèi)

確保ubuntu已安裝的TFTP服務(wù)，并設(shè)置了TFTP服務(wù)文件夾

將ubuntu中編譯好的文件復(fù)制到ubuntu的TFTP服務(wù)文件夾中！！！

复制mv chrdevbaseApp ~/myTest/tftpboot/
mv chrdevbase.ko ~/myTest/tftpboot/

注：編譯完程序，在傳輸?shù)桨遄又埃欢ㄒ浀冒盐募葟?fù)制到TFTP文件夾中，否則板子獲取到的可能是TFTP文件夾中的舊文件。

開發(fā)板的串口中通過如下指令來將ubuntu中的文件傳輸?shù)介_發(fā)板中

复制cd /lib/modules/4.1.15   /*確保在要下載文件的目錄中，若已在，則忽略*/
tftp -g -r chrdevbaseApp 192.168.5.101 /*獲取chrdevbaseApp文件*/
tftp -g -r chrdevbase.ko 192.168.5.101 /*獲取chrdevbase.ko文件*/

這里的复制-g代表get，即下載文件，复制-r代表remote file，即遠程主機的文件名，然后是要下載的文件名，最后的遠程主機ubuntu的IP地址。

輸入該指令后，可以看到文件傳輸進度，如下圖：

4.3.3 開始測試

驅(qū)動文件chrdevbase.ko和應(yīng)用文件chrdevbaseApp傳輸?shù)桨遄又械?lib/modules/4.1.15目錄后，就可以測試了。

首先使用复制insmod命令來加載驅(qū)動，然后使用复制lsmod查看當前的驅(qū)動（只有一個我們剛加載的字符驅(qū)動），再使用使用复制cat指令查看devices 信息，確認系統(tǒng)中是否已經(jīng)列舉了該設(shè)備，3條指令如下：

复制insmod chrdevbase.ko 
lsmod
cat /proc/devices 

具體是輸出信息：

可以看出，系統(tǒng)中存在chrdevbase設(shè)備，主設(shè)備號為程序中設(shè)定的200。

驅(qū)動加載后，還要在/dev目錄下創(chuàng)建一個對應(yīng)的設(shè)備節(jié)點文件（應(yīng)用程序就是通過該節(jié)點文件實現(xiàn)對設(shè)備的操作）。

輸入如下2條命令創(chuàng)建/dev/chrdevbase這個設(shè)備節(jié)點文件，并查看結(jié)果：

复制mknod /dev/chrdevbase c 200 0 
ls /dev/chrdevbase -l

至此，字符設(shè)備驅(qū)動已經(jīng)加載完成，可以測試我們的應(yīng)用程序了，也就是讀和寫：

按照上面程序的設(shè)定，1是讀，2是寫：

复制./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 1  
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 2

先來看“讀測試”，注意要給chrdevbaseApp可執(zhí)行的權(quán)限，否則無法運行。

圖中下部是程序輸出信息，但似乎只有BSP驅(qū)動程序的的輸出，沒有APP應(yīng)用程序的輸出，應(yīng)該是內(nèi)核打印printk與應(yīng)用的打印printf沖突了，導(dǎo)致APP的打印被擠掉了。

再來看“寫測試''，同樣也是只有BSP的打印

4.3.4 打印沖突問題規(guī)避

對于打印沖突問題，我們可以先在每個printf前后加個sleep(1)的1秒延時，這樣可以先避免打印沖突。

增加延時后再次測試，打印正常：

測試完，最后是rmmod命令卸載模塊：

5 總結(jié)

本篇介紹了嵌入式Linux驅(qū)動開發(fā)中的基礎(chǔ)驅(qū)動——字符驅(qū)動開發(fā)的基本模式，使用了一個虛擬的字符設(shè)備驅(qū)動進行測試，了解驅(qū)動程序與應(yīng)用程序之間的調(diào)用關(guān)系。
審核編輯：湯梓紅