【IMX6ULL驱动开发学习】05.字符设备驱动开发模板（包括读写函数、poll机制、异步通知、定时器、中断、自动创建设备节点和环形缓冲区）

一、字符设备驱动简介

字符设备是Linux驱动中最基本的一类设备驱动，字符设备就是一个一个字节，按照字节流进行读写操作的设备，读写数据是分先后顺序的。比如常见的点灯、按键、IIC、SPI、LCD 等等都是字符设备，这些设备的驱动就叫做字符设备驱动。

Linux驱动基本原理：Linux中一切皆为文件，驱动加载成功后会在/dev目录下生成一个相应的文件，应用程序通过对这个名为/dev/xxx的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。

比如LED驱动，会有/dev/led驱动文件，应用程序使用open函数来打开该文件；若要点亮或关闭led，就使用write函数写入开关值；若要获取led灯的状态，就用read函数从驱动文件中读取相应的状态；使用完成后使用close函数关闭该驱动文件。

Linux驱动运行方式有以下两种：

将驱动编译进内核中，当Linux内核启动时就会自动运行驱动程序
将驱动编译成模块，在内核启动后使用insmod命令加载驱动模块

在驱动开发阶段一般都将其编译为模块，不需要编译整个Linux代码，方便调试驱动程序。当驱动开发完成后，根据实际需要，可以选择是否将驱动编译进Linux内核中。

二、字符设备驱动模板

包括读写函数、poll机制、异步通知、定时器、中断、自动创建设备节点和环形缓冲区。

objectivec 复制代码

#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>

struct gpio_desc{
	int gpio;
	int irq;
    char *name;
    int key;
	struct timer_list key_timer;//定时器结构体
} ;

static struct gpio_desc gpios[2] = {
    {131, 0, "gpio_100ask_1", },
    {132, 0, "gpio_100ask_2", },
};

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;

/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;

struct fasync_struct *button_fasync;

#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN) //取模运算，算出下一个位置

static int is_key_buf_empty(void)
{
	return (r == w);
}

static int is_key_buf_full(void)
{
	return (r == NEXT_POS(w));
}

static void put_key(int key)
{
	if (!is_key_buf_full())
	{
		g_keys[w] = key;
		w = NEXT_POS(w);
	}
}

static int get_key(void)
{
	int key = 0;
	if (!is_key_buf_empty())
	{
		key = g_keys[r];
		r = NEXT_POS(r);
	}
	return key;
}


static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);

// static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{
	/* data ==> gpio */
	// struct gpio_desc *gpio_desc = from_timer(gpio_desc, t, key_timer);
	struct gpio_desc *gpio_desc = (struct gpio_desc *)data;
	int val;
	int key;

	val = gpio_get_value(gpio_desc->gpio);


	//printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_desc->gpio, val);
	key = (gpio_desc->key) | (val<<8);
	put_key(key);//按键值放入环形缓冲区
	wake_up_interruptible(&gpio_wait);
	kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
}


/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t gpio_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	int err;
	int key;

	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
		return -EAGAIN;
	
	wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());
	key = get_key();
	err = copy_to_user(buf, &key, 4);
	
	return 4;
}

static ssize_t gpio_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    unsigned char ker_buf[2];
    int err;

    if (size != 2)
        return -EINVAL;

    err = copy_from_user(ker_buf, buf, size);
    
    if (ker_buf[0] >= sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]))
        return -EINVAL;

    gpio_set_value(gpios[ker_buf[0]].gpio, ker_buf[1]);
    return 2;    
}


static unsigned int gpio_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
	return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}

static int gpio_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
		return 0;
	else
		return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体*/
static struct file_operations gpio_key_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_drv_read,
	.write   = gpio_drv_write,
	.poll    = gpio_drv_poll,
	.fasync  = gpio_drv_fasync,
};


static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
	struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;
	printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_desc->gpio);
	//定时器 用来消除抖动
	mod_timer(&gpio_desc->key_timer, jiffies + HZ/5);//修改定时器的超时时间= jiffies(当前时间) + 赫兹/5
	return IRQ_HANDLED;//成功处理
}


/* 在入口函数 */
static int __init gpio_drv_init(void)
{
    int err;
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	for (i = 0; i < count; i++)
	{		
		gpios[i].irq  = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);//引脚编号转换成中断号

		//设置定时器：定时器结构体，定时器超时函数，传给超时函数的参数
		setup_timer(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);
	 	//timer_setup(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, 0);更高版本的内核用该函数
		gpios[i].key_timer.expires = ~0;//超时时间无穷大
		//启动定时器
		add_timer(&gpios[i].key_timer);
		//注册中断 
		//中断号 中断处理函数 中断触发类型 名字不重要 最后一个参数是用户自行决定是否要传给中断函数的参数
		err = request_irq(gpios[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpios[i]);
	}

	/* 注册file_operations 	注册字符设备驱动程序*/ 
	major = register_chrdev(0, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv);  /* /dev/gpio_desc */

	gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");
	if (IS_ERR(gpio_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
		return PTR_ERR(gpio_class);
	}

	device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_gpio"); /*/dev/100ask_gpio */
	
	return err;
}

/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数 */
static void __exit gpio_drv_exit(void)
{
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(gpio_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
		del_timer(&gpios[i].key_timer);
	}
}
  

module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

【IMX6ULL驱动开发学习】05.字符设备驱动开发模板（包括读写函数、poll机制、异步通知、定时器、中断、自动创建设备节点和环形缓冲区）

一、 字符设备驱动简介

二、字符设备驱动模板

一、字符设备驱动简介