原標題：從點一個燈開始學寫Linux字符設備驅動！

[導讀] 前一篇文章，介紹了如何將一個hello word模塊編譯進內核或者編譯為動態加載內核模塊，本篇來介紹一下如何利用Linux驅動模型來完成一個LED燈設備驅動。點一個燈有什么好談呢？況且Linux下有專門的leds驅動子系統。

點燈有啥好聊呢？

在很多嵌入式系統里，有可能需要實現數字開關量輸出，比如：

LED狀態顯示

閥門/繼電器控制

蜂鳴器

......

嵌入式Linux一般需求千變萬化，也不可能這些需求都有現成設備驅動代碼可供使用，所以如何學會完成一個開關量輸出設備的驅動，一方面點個燈可以比較快了解如何具體寫一個字符類設備驅動，另一方面實際項目中對于開關量輸出設備就可以這樣干，所以是具有較強的實用價值的。

要完成這樣一個開關量輸出GPIO的驅動程序，需要梳理梳理下面這些概念：

設備編號

設備掛載

關鍵數據結構

設備編號

字符設備是通過文件系統內的設備名稱進行訪問的，其本質是設備文件系統樹的節點。故Linux下設備也是一個文件，Linux下字符設備在/dev目錄下。可以在開發板的控制臺或者編譯的主Linux系統中利用ls -l /dev查看，如下圖：

對于ls -l列出的屬性，做一個比較細的解析：

細心的朋友或許會發現設備號屬性，在有的文件夾下列出來不是這樣，這就對了！普通文件夾下是這樣：

差別在于一個是文件大小，一個是設備號。

再細心一點的朋友或許還會問，這些/dev下的文件時間屬性為神馬都相差無幾？這是因為/dev設備樹節點是在內核啟動掛載設備驅動動態生成的，所以時間就是系統開機后按次序生成的，你如不信，不妨重啟一下系統在查看一下。

常見文件類型：

d: directory 文件夾

l: link 符號鏈接

p: FIFO pipe 管道文件,可以用mkfifo命令生成創建

s: socket 套接字文件

c: char 字符型設備文件

b: block 塊設備文件

-：常規文件

回到設備號,設備號是一個32位無符號整型數，其中：

12位用來表示主設備號,用于標識設備對應的驅動程序。

20位用來表示次設備號，用于正確確定設備文件所指的設備。

這怎么理解呢，看下串口類設備就比較清楚了：

主設備號一樣證明這些設備共用了一個驅動程序，而次設備號不一樣，則對應了不同的串口設備。那么怎么得到設備號呢？

/*下列定義位于./include/linux/types.h */

typedefu32 __kernel_dev_t;

typedef__kernel_dev_tdev_t;

/* 下面宏用于生成主設備號，次設備號 */

/* 下列定義位于./include/linux/Kdev_t.h */

# defineMINORBITS 20

# defineMINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)

# defineMAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))

# defineMINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

# defineMKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

使用舉例：

/* 主設備號 */

MAJOR( dev_tdev);

/* 次設備號 */

MINOR( dev_tdev);

設備掛載

為簡化問題，本文描述一下動態加載設備驅動模塊，暫不考慮設備樹。參考<>一書。可參照前文將驅動編譯成模塊，然后利用下面腳步動態加載模塊。由前面描述，知道設備最終需要在/dev目錄下生成一個設備文件，那么這個設備文件節點是怎么生成呢，看看下面的腳本：

#!/bin/sh

#-----------------------------------------------------------------------

module="led"

device="led"

mode="664"

group="staff"

# 利用insmod命令加載設備模塊

insmod -f $module.ko $* || exit 1

#獲取系統分配的主設備號

major=`cat /proc/devices | awk "$2=="$module" {print $1}"`

# 刪除舊節點

rm -f /dev/${device}

# 創建設備文件節點

mknod /dev/${device} c $major 0

#設置設備文件節點屬性

chgrp $group /dev/${device}

chmod $mode /dev/${device}

這里要提一下/proc/devices，這是一個文件記錄了字符和塊設備的主設備號，以及分配到這些設備號的設備名稱。比如使用cat命令來列出這個文件內容：

關鍵數據結構

字符設備由什么關鍵數據結構進行抽象的呢，來看看：

file_operations定義在./include/linux/fs.h

cdev定義在./include/linux/cdev.h

cdev中與字符設備驅動編程相關兩個數據域：

const struct file_operations *ops;

dev_t dev;設備編號

文件操作符是一個龐大的數據結構，常規字符設備驅動一般需要實現下面一些函數指針：

read:用來實現從設備中讀取數據

write：用于實現寫入數據到設備

ioctl：實現執行設備特定命令的方法

open：用實現打開一個設備文件

release：當file結構被釋放時，將調用這個接口函數點燈設備

先上代碼(可左右滑動顯示)：

# include

# include

# include

# include /* printk */

# include

# include

# include /* everything... */

# include

# include /* copy_*_user */

/*這里具體參考不同開發板的電路 GPIOC24 */

# defineLED_CTRL (2*32+24)

staticconstunsignedintled_pad_cfg = LED_CTRL;

structt_led_dev{

structcdevcdev;

unsignedcharvalue;

};

structt_led_devled_dev;

staticdev_tled_major;

staticdev_tled_minor= 0;

staticintled_open(struct inode * inode,struct file * filp)

{

filp->private_data = &led_dev;

printk ( "led is opened!n");

return0;

}

staticintled_release(struct inode * inode,

struct file * filp)

{

return0;

}

staticssize_t led_read(struct file * file,

char__user * buf,

size_tcount,

loff_t*ppos)

{

ssize_tret= 1;

if(copy_to_user(&(led_dev.value),buf, 1))

return-EFAULT;

printk ( "led is read!n");

returnret;

}

staticssize_t led_write(struct file * filp,

constchar__user *buf,

size_tcount, loff_t*ppos)

{

unsignedcharvalue;

ssize_tretval = 0;

if(copy_from_user(&value,buf, 1))

return-EFAULT;

if(value& 0x01)

gpio_set_value(led_pad_cfg, 1);

else

gpio_set_value(led_pad_cfg, 0);

printk ( "led is written!n");

returnretval;

}

staticconststructfile_operationsled_fops= {

.owner = THIS_MODULE,

.read = led_read,

.write = led_write,

.open = led_open,

.release = led_release,

};

staticvoidled_setup_cdev(struct t_led_dev * dev, intindex)

{

/* 初始化字符設備驅動數據域 */

interr,devno = MKDEV(led_major,led_minor+index);

cdev_init(&(dev->cdev),&led_fops);

dev->cdev.owner = THIS_MODULE;

dev->cdev.ops = &led_fops;

/* 字符設備注冊 */

err = cdev_add(&(dev->cdev),devno, 1);

if(err)

printk(KERN_NOTICE "Error %d adding led %d",err,index);

}

staticintled_gpio_init( void)

{

if(gpio_request(LED_CTRL, "led") < 0) {

printk( "Led request gpio failedn");

return-1;

}

printk( "Led gpio requested okn");

gpio_direction_output(LED_CTRL, 1);

gpio_set_value(LED_CTRL, 1);

return0;

}

/* 注銷設備 */

voidled_cleanup( void)

{

dev_tdevno = MKDEV(led_major, led_minor);

gpio_set_value(LED_CTRL, 0);

gpio_free(LED_CTRL);

cdev_del(&led_dev.cdev);

unregister_chrdev_region(devno, 1); //注銷設備號

}

/* 注冊設備 */

staticintled_init( void)

{

intresult;

dev_tdev = MKDEV( led_major, 0);

/* 動態分配設備號 */

result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "led");

if(result< 0)

returnresult;

led_major = MAJOR(dev);

memset(&led_dev, 0, sizeof(struct t_led_dev));

led_setup_cdev(&led_dev, 0);

led_gpio_init;

printk ( "led device initialised!n");

returnresult;

}

module_init(led_init);

module_exit(led_cleanup);

MODULE_DEION( "Led device demo");

MODULE_AUTHOR( "embinn");

MODULE_LICENSE( "GPL");

來總結一下要點：

init函數，需要用module_init宏包起來，本例中即為led_init，module_init宏的作用就是選編譯為模塊或進內核的底層實現，建議剛開始不必深究。一般而言主要實現：

申請分配主設備號alloc_chrdev_region

為特定設備相關數據結構分配內存

將入口函數(open read write等)與字符設備驅動的cdev抽象數據結構關聯

將主設備與驅動程序cdev相關聯

申請硬件資源，初始化硬件

調用cdev_add注冊設備

exit函數，一樣需要用module_exit包起來，主要負責：

釋放硬件資源

調用cdev_del刪除設備

調用unregister_chrdev_region注銷設備號

用戶空間與驅動數據交換

copy_to_user，如其名一樣，將內核空間數據信息傳遞到用戶空間

copy_from_user，如其名一樣，從用戶空間拷貝數據進內核空間

善用printk進行驅動調試，這是內核打印函數。

gpio相關操作函數，這里就不一一列舉其作用了，比較容易理解。測試驅動# include

# include

# include

# include

# defineREAD_SIZE 10

intmain( intargc, char**argv){

intfd,count;

floatvalue;

unsignedcharbuf[READ_SIZE+ 1];

printf( "Cmd argv[0]:%s,argv[1]:%s,argv[2]:%sn",argv[ 0],argv[ 1],argv[ 2] );

if( argc< 2){

printf( "[Usage: test device_name ]n");

exit( 0);

}

if( strlen(argv[ 2]!= 1)

printf( "Invalid parametern");

if(( fd = open(argv[ 1],O_WRONLY ))< 0){

printf( "Error:can not open the device: %sn",argv[ 1] );

exit( 1);

}

if(argv[ 2][ 0] == '1')

buf[ 0] = 1;

elseif(argv[ 2][ 0] == '0')

buf[ 0] = 0;

else

printf( "Invalid parametern");

printf( "write: %dn",buf[ 0]);

if( (count = write( fd, buf , 1))< 0){

perror( "write error.n");

exit( 1);

}

close(fd);

printf( "close device %sn",argv[ 1] );

return0;

}

編譯成可執行文件，調用前面的腳本加載設備后，在/dev下就可以看到led設備了。 比如測試代碼編譯成ledTest執行文件，則使用下面命令運行測試程序就可以看到led控制效果了：

/*打開led 具體取決電路是高有效還是低有效*/

./ledTest /dev/led 1

./ledTest /dev/led 0

這樣就實現了用戶空間驅動底層設備了，實際應用代碼就可以這樣去訪問底層的字符型設備。

總結一下

本文總結了簡單字符設備的驅動開發的一些要點，以及如何動態加載，在設備文件系統樹上創建設備節點，并演示了驅動以及驅動使用的基本要點。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux字符设备驱动在哪里设置,从点一个灯开始学写Linux字符设备驱动！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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