Linux 驱动开发基础知识——总线设备驱动模型（八）

我想学LINUX2024-02-05 21:18

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​

文章介绍：

🎉 本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳

Linux驱动程序 = 驱动框架 + 硬件操作 = 驱动框架 + 单片机，我们需要掌握别人的驱动框架，了解框架的思想，才能更好的去修改和运用别人的框架

如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！💪💪💪

🎁感谢大家点赞👍收藏⭐评论✍️

目录：

目录

[一、LED 模板驱动程序的改造](#一、LED 模板驱动程序的改造)

[1.1 原来的框架](#1.1 原来的框架)

[1.2 要实现的框架](#1.2 要实现的框架)

二、代码分析：

[2.1 board_A_led.c](#2.1 board_A_led.c)

[2.2 chip_demo_gpio.c](#2.2 chip_demo_gpio.c)

[2.3 leddrv.c](#2.3 leddrv.c)

三、注意事项

[3.1 release 函数](#3.1 release 函数)

[3.2 EXPORT_SYMBOL](#3.2 EXPORT_SYMBOL)

四、上机测试

[4.1 编译](#4.1 编译)

[4.2 挂载到开发板](#4.2 挂载到开发板)

一、LED 模板驱动程序的改造

1.1 原来的框架

1.2 要实现的框架

二、代码分析：

2.1 board_A_led.c

平台设备文件

cpp 复制代码 
#include <linux/module.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/platform_device.h>

#include "led_resource.h"


static void led_dev_release(struct device *dev)
{
}

static struct resource resources[] = {
        {
                .start = GROUP_PIN(3,1),
                .flags = IORESOURCE_IRQ,
                .name = "100ask_led_pin",
        },
        {
                .start = GROUP_PIN(5,8),
                .flags = IORESOURCE_IRQ,
                .name = "100ask_led_pin",
        },
};


static struct platform_device board_A_led_dev = {
        .name = "100ask_led",
        .num_resources = ARRAY_SIZE(resources),
        .resource = resources,
        .dev = {
                .release = led_dev_release,
         },
};

static int __init led_dev_init(void)
{
    int err;
    
    err = platform_device_register(&board_A_led_dev);   
    
    return 0;
}

static void __exit led_dev_exit(void)
{
    platform_device_unregister(&board_A_led_dev);
}

module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

第27~38行：

cpp 复制代码 
static struct resource resources[] = {

如果我们再想增加一盏灯的话，我们可以在这里的平台设备在这里的资源再增加一盏灯

cpp 复制代码 
  .start = GROUP_PIN(3,1),

指定第3组里面的第1个引脚
第41~48行：

cpp 复制代码 
static struct platform_device board_A_led_dev = {

注册一个board_A_led_dev

将上面代码资源数组中的资源添加到platform_device中

.name = "100ask_led"： 平台设备的名字，与chip_demo_gpio_driver进行匹配

**.num_resources = ARRAY_SIZE(resources)：**资源的个数

**.resource = resources：**指向这个数组

第50~62行：

board_A.c 作为一个可加载模块，里面也有入口函数、出口函数。

cpp 复制代码 
static int __init led_dev_init(void)
static void __exit led_dev_exit(void)

设置注册好board_A_led_dev的入口函数和出口函数
第64~67行：

cpp 复制代码 
module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);

修饰入口函数和出口函数

cpp 复制代码 
MODULE_LICENSE("GPL");

确定GPL协议
第50~57行：

在入口函数中注册platform_device 结构体，在platform_device 结构体中指定使用哪个 GPIO 引脚。

cpp 复制代码 
static int __init led_dev_init(void)
{
    int err;
    
    err = platform_device_register(&board_A_led_dev);   
    
    return 0;
}

第23~48行：board_A_led_dev 结构体定义如下：

cpp 复制代码 
static void led_dev_release(struct device *dev)
{
}

static struct resource resources[] = {
        {
                .start = GROUP_PIN(3,1),
                .flags = IORESOURCE_IRQ,
                .name = "100ask_led_pin",
        },
        {
                .start = GROUP_PIN(5,8),
                .flags = IORESOURCE_IRQ,
                .name = "100ask_led_pin",
        },
};


static struct platform_device board_A_led_dev = {
        .name = "100ask_led",
        .num_resources = ARRAY_SIZE(resources),
        .resource = resources,
        .dev = {
                .release = led_dev_release,
         },
};

在 resouces 数组中指定了 2 个引脚(第 27～38 行)； 我们还提供了一个空函数 led_dev_release(第 23～25 行)，它被赋给 board_A_led_dev 结构体(第 46 行)，这个函数在卸载 platform_device 时会 被调用，如果不提供的话内核会打印警告信息。
第27~38行：

cpp 复制代码 
static struct resource resources[] = {

定义资源数组

2.2 chip_demo_gpio.c

cpp 复制代码 
#include <linux/module.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/platform_device.h>

#include "led_opr.h"
#include "leddrv.h"
#include "led_resource.h"

static int g_ledpins[100];
static int g_ledcnt = 0;

static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */       
{   
    //printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
    
    printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));
    switch(GROUP(g_ledpins[which]))
    {
        case 0:
        {
            printk("init pin of group 0 ...\n");
            break;
        }
        case 1:
        {
            printk("init pin of group 1 ...\n");
            break;
        }
        case 2:
        {
            printk("init pin of group 2 ...\n");
            break;
        }
        case 3:
        {
            printk("init pin of group 3 ...\n");
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}

static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
    //printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
    printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));

    switch(GROUP(g_ledpins[which]))
    {
        case 0:
        {
            printk("set pin of group 0 ...\n");
            break;
        }
        case 1:
        {
            printk("set pin of group 1 ...\n");
            break;
        }
        case 2:
        {
            printk("set pin of group 2 ...\n");
            break;
        }
        case 3:
        {
            printk("set pin of group 3 ...\n");
            break;
        }
    }

    return 0;
}

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
    .init = board_demo_led_init,
    .ctl  = board_demo_led_ctl,
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
    return &board_demo_led_opr;
}

static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    int i = 0;

    while (1)
    {
        res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i++);
        if (!res)
            break;
        
        g_ledpins[g_ledcnt] = res->start;
        led_class_create_device(g_ledcnt);
        g_ledcnt++;
    }
    return 0;
    
}

static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    int i = 0;

    while (1)
    {
        res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i);
        if (!res)
            break;
        
        led_class_destroy_device(i);
        i++;
        g_ledcnt--;
    }
    return 0;
}


static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {
    .probe      = chip_demo_gpio_probe,
    .remove     = chip_demo_gpio_remove,
    .driver     = {
        .name   = "100ask_led",
    },
};

static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void)
{
    int err;
    
    err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver); 
    register_led_operations(&board_demo_led_opr);
    
    return 0;
}

static void __exit lchip_demo_gpio_drv_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);
}

module_init(chip_demo_gpio_drv_init);
module_exit(lchip_demo_gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

第138~144行：

chip_demo_gpio.c 中注册 platform_driver 结构体 ， 它使用Bus/Dev/Drv 模型，当有匹配的 platform_device 时，它的 probe 函数就会被调用。

在 probe 函数中所做的事情跟之前的代码没有差别。

cpp 复制代码 
138 static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {
139 .probe = chip_demo_gpio_probe,
140 .remove = chip_demo_gpio_remove,
141 .driver = {
142 .name = "100ask_led",
143 },
144 };
145
146 static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void)
147 {
148 int err;
149
150 err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver);
151 register_led_operations(&board_demo_led_opr);
152
153 return 0;
154 }

注册一个chip_demo_gpio_driver

cpp 复制代码 
.driver  = {
        .name   = "100ask_led",
   },

设备名称,与board_A_led_dev中设备名称进行对应

**.probe = chip_demo_gpio_probe：**记录引脚

.remove = chip_demo_gpio_remove：销毁设备

第 150 行：向内核注册一个 platform_driver 结构体，这个结构体的核心在于第 100 行的chip_demo_gpio_probe函数。 chip_demo_gpio_probe 函数代码如下：

cpp 复制代码 
100 static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
101 {
102 struct resource *res;
103 int i = 0;
104
105 while (1)
106 {
107 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i++);
108 if (!res)
109 break;
110
111 g_ledpins[g_ledcnt] = res->start;
112 led_class_create_device(g_ledcnt);
113 g_ledcnt++;
114 }
115 return 0;
116
117 }

第 107 行：从匹配的 platform_device 中获取资源，确定 GPIO 引脚。

第 111 行：把引脚记录下来，在操作硬件时要用。

第 112 行：新发现了一个 GPIO 引脚，就调用上层驱动的代码创建设备节点
第146~159行：

cpp 复制代码 
static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void)
static void __exit lchip_demo_gpio_drv_exit(void)

设置注册好chip_demo_gpio_driver的入口函数和出口函数
第64~67行：

cpp 复制代码 
module_init(chip_demo_gpio_drv_init);
module_exit(lchip_demo_gpio_drv_exit);

修饰入口函数和出口函数

cpp 复制代码 
MODULE_LICENSE("GPL");

确定GPL协议
第100~117行：

cpp 复制代码 
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)

为board_A_led_dev 提供 .probe

第105~144行：从资源里确定引脚

第107行：获得设备pdev 中的第i个IORESOURCE_IRQ资源

第111行：记录引脚

第112行：创建device
第119~135行：

cpp 复制代码 
static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)

为board_A_led_dev 提供 .remove

第126行：销毁设备pdev 中的第i个IORESOURCE_IRQ资源
操作硬件的代码如下，第 31、63 行的代码里用到了数组 g_ledpins，里面的值来自 platform_device，在 probe 函数中根据 platform_device 的资源确定了引脚：

cpp 复制代码 
static int g_ledpins[100];
static int g_ledcnt = 0;

static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */       
{   
    //printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
    
    printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));
    switch(GROUP(g_ledpins[which]))
    {
        case 0:
        {
            printk("init pin of group 0 ...\n");
            break;
        }
        case 1:
        {
            printk("init pin of group 1 ...\n");
            break;
        }
        case 2:
        {
            printk("init pin of group 2 ...\n");
            break;
        }
        case 3:
        {
            printk("init pin of group 3 ...\n");
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}

static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
    //printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
    printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));

    switch(GROUP(g_ledpins[which]))
    {
        case 0:
        {
            printk("set pin of group 0 ...\n");
            break;
        }
        case 1:
        {
            printk("set pin of group 1 ...\n");
            break;
        }
        case 2:
        {
            printk("set pin of group 2 ...\n");
            break;
        }
        case 3:
        {
            printk("set pin of group 3 ...\n");
            break;
        }
    }

    return 0;
}

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
    .init = board_demo_led_init,
    .ctl  = board_demo_led_ctl,
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
    return &board_demo_led_opr;
}

第30和61行： 打印出想操作的引脚

第32和63行：判断引脚
第151行：

cpp 复制代码 
register_led_operations(&board_demo_led_opr);

底层向上层调用

2.3 leddrv.c

cpp 复制代码 
#include <linux/module.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 "led_opr.h"


/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
struct led_operations *p_led_opr;


#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)


void led_class_create_device(int minor)
{
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "100ask_led%d", minor); /* /dev/100ask_led0,1,... */
}
void led_class_destroy_device(int minor)
{
	device_destroy(led_class, MKDEV(major, minor));
}
void register_led_operations(struct led_operations *opr)
{
	p_led_opr = opr;
}

EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);
EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);
EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);



/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	struct inode *inode = file_inode(file);
	int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	p_led_opr->ctl(minor, status);
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	p_led_opr->init(minor);
	
	return 0;
}

static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_drv_close,
};

/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
	int err;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */


	led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
	err = PTR_ERR(led_class);
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "led");
		return -1;
	}
	
	return 0;
}

/* 6. 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 led_exit(void)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}


/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

第30~33行：创建设备

cpp 复制代码 
void led_class_create_device(int minor)
cpp 复制代码 
EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);

产生依赖只有使用led_class_create_device 才能产生led_class_create_device
第34~37行：销毁设备

cpp 复制代码 
void led_class_destroy_device(int minor)
cpp 复制代码 
EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);

产生依赖只有使用**(led_class_destroy_device** 才能产生led_class_destroy_device
第38~41行：底层向上层注册函数

cpp 复制代码 
void register_led_operations(struct led_operations *opr)
cpp 复制代码 
EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);

产生依赖只有底层调用 才能产生register_led_operations

三、注意事项

3.1 release 函数

如果 platform_device 中不提供 release 函数，如下图所示不提供红框部分的函数：

则在调用 platform_device_unregister 时会出现警告，如下图所示：

你可以提供一个 release 函数，如果实在无事可做，把这函数写为空。

3.2 EXPORT_SYMBOL

a.c 编译为 a.ko，里面定义了 func_a；如果它想让 b.ko 使用该函数，那么 a.c 里需要导出此函数(如果 a.c, b.c 都编进内核，则无需导出)：

cpp 复制代码 
EXPORT_SYMBOL(led_device_create);

并且，使用时要先加载 a.ko。如果先加载 b.ko，会有类似如下"Unknown symbol"的提示：

四、上机测试

4.1 编译

编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。

4.2 挂载到开发板

在开发板上挂载 NFS

cpp 复制代码 
[root@100ask:/mnt]# insmod board_A_led.ko
[root@100ask:/mnt]# insmod  leddrv.ko
[root@100ask:/mnt]# insmod chip_demo_gpio.ko
[root@100ask:/mnt]# ls /dev/100ask_led*
[root@100ask:/mnt]# ./ledtest /dev/100ask_led0 on
[root@100ask:/mnt]# ./ledtest /dev/100ask_led0 off

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