Linux驱动开发-字符设备驱动开发

一，Linux驱动开发
二，字符设备驱动开发
- 1.具体实现
- - 2.1.1驱动模块具体函数实现
  - [2.1.2 应用调试模块具体函数实现](#2.1.2 应用调试模块具体函数实现)
  - [2.1.3 Makefile](#2.1.3 Makefile)
  - [2.1.4 进行测试](#2.1.4 进行测试)
  - - 2.1.4.1创建节点
    - [2.1.4.2 加载和卸载驱动模块](#2.1.4.2 加载和卸载驱动模块)
    - [2.1.4.3 测试](#2.1.4.3 测试)
- 2.字符设备驱动应用程序（linux应用）调用驱动程序（linux驱动）
三，其他小问题

一，Linux驱动开发

Linux 驱动是内核的一部分，负责管理硬件设备并与用户空间程序交互,使操作系统能够控制硬件设备（如网卡、显卡、传感器等）。

驱动类型：①字符设备驱动：以字节流方式访问设备，包括，IIC,SPI,按键，键盘，鼠标，串口和LED。②块设备驱动：以块为单位访问，包括硬盘，SSD和SD卡。③网络设备驱动：管理网络接口，处理数据包的发送和接收。

二，字符设备驱动开发

驱动有两种方式：①将驱动编写到内核中，内核启动时就会自动运行驱动程序。②将驱动编译成模块（.ko）,内核启动后使用命令加载驱动模块。下面的选择第二种。

1.具体实现

2.1.1驱动模块具体函数实现

c 复制代码

#include <linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/types.h>


#define CHRDEVBASE_MAJOR 200 //设备号
#define CHRDEVBASE_NAME "chrdevbase" //设备名
static char readbuf[100],writebuf[100];
static char kernel_date[100]={"kernel date 88888"};

static int chrdevbase_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
    //printk("OPEN FILE!!!\r\n");
    return 0;//为0时，证明打开了，其他值说明出现错误
}
static int chrdevbase_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
    //printk("CLOSE FILE!!!\r\n");
    return 0;//为0时，证明打开了，其他值说明出现错误
}
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp,__user char *buf,size_t count,loff_t *ppos)
{
    //printk("READ FILE!!!\r\n");
    int ret = 0;
    memcpy(readbuf,kernel_date,sizeof(kernel_date));
    ret = copy_to_user(buf,readbuf, count);
    if(ret == 0)
    {
        printk("read_kernel_success\r\n");
    }else printk("read_kernel_error\r\n");
    return 0;
}
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *ppos)
{
    //printk("WRITE FILE!!!\r\n");
    int ret = 0;
    ret = copy_from_user(writebuf, buf,count);
    if(ret == 0)
    {
        printk("write_kernel_success,write date=%s\r\n",writebuf);

    }else printk("write_kernel_error\r\n");
    return 0;
}
static struct  file_operations chrdevbase_fops={
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = chrdevbase_open,
    .release = chrdevbase_release,
    .read = chrdevbase_read,
    .write = chrdevbase_write,
};
static int __init chrdevbase_init(void)//加载函数
{
    int ret = 0;
    printk("INIT\r\n");
    /*注册字符设备*/
    ret = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME,&chrdevbase_fops);
    if(ret<0)
    {
        printk("INIT ERROR\r\n");
    }
    return 0;
}
static void __exit chrdevbase_exit(void)//卸载函数
{
   printk("EXIT\r\n");
    /*注消字符设备*/
    unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
}

module_init(chrdevbase_init);//入口
module_exit(chrdevbase_exit);//出口

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wyt");

2.1.2 应用调试模块具体函数实现

c 复制代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

/*具体在串口输入比如读：./chrdevAPP /dev/chrdevbase 1       1表示读，如果是写操作 后面换成2*/
int main(int argc,char *argv[])
//argc:应用程序串口输入的参数个数 ,argc[]:具体参数内容，字符串格式，这个就是串口输入，比如argv[0]就是./chrdevAPP
{

    int ret = 0;
    int fd =0;
    char read_buf[100],write_buf[100];
    char *filename;
    filename = argv[1];
    char write_date[100]={"CCCCCC  NNNNNN CCCCCC"};
    if(argc!=3)//判断输入是不是三个变量
    {
        printf("input error!");
        return -1;
    }
    /*open*/
    fd = open(filename, O_RDWR);//打开文件函数，打开为0,不然为-1
    // if(fd<0)
    // {
    //     //printf("cannot open file(APP)\r\n");
    //     return -1;
    // }
    if(atoi(argv[2]) == 1)//atoi函数将字符串转化为int型
    {
        /*read*/
        ret = read(fd, read_buf,30);
        if(ret==0)
        {
         printf("kernel date =%s\r\n",read_buf);
            return 0;
        }
    }
    if(atoi(argv[2]) == 2)
    {
        /*write*/
        memcpy(write_buf,write_date,sizeof(write_date));
        ret = write(fd,write_buf,30);
        if(ret<0)
        {
            //printf("cannot write file(APP)\r\n");
            return -1;
        }
    }
    /*close*/
    ret =close(fd);
    if(ret<0)
    {
        printf("cannot close file(APP)\r\n");
        return -1;
    }   
    return 0;
}

2.1.3 Makefile

bash 复制代码

KERNELDIR :=/home/wyt/linux/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_alientek 
//指定内核源码路径

CURRENT_PATH := $(shell pwd) //获取当前路径

obj-m := chrdevbase.o //obj-m会将.c编译为.ko文件

build: kernel_modules //定义构建目标build，依赖于kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
//$(MAKE) 即make命令   -C $(KERNELDIR)：切换到内核源码目录执行编译  
//指定模块源码所在目录，最终实现 在内核源码目录下，使用当前目录中的原码编译出内核模块
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean//在内核源码目录下，清理当前目录编译生成的文件

2.1.4 进行测试

2.1.4.1创建节点

驱动加载需要在/dev/下创建一个与之对应的字符设备节点，应用程序通过操作这个节点文件从而对具体设备完成具体操作。c代表字符型设备，200是主设备号，0次设备号。

2.1.4.2 加载和卸载驱动模块

创建/lib/modules/4.1.15目录，利用modprobe命令加载驱动模块（若出现cant open modules.dep,使用depmod命令即可）。

查看当前系统中是否有chrdevbase这个设备：

卸载驱动模块：

2.1.4.3 测试

读（1）和写（2）操作：

2.字符设备驱动应用程序（linux应用）调用驱动程序（linux驱动）

C库中函数通过到系统调用到内核的过程:C库函数内部会调用系统调用，将请求传递给内核，每个系统调用都有一个唯一的系统调用号，系统调用参数通过寄存器传递给内核，通过软中断触发从用户空间到内核空间的切换，内核会根据系统调用号找到对应的处理函数，执行具体操作，然后将结果返回给用户空间。

三，其他小问题

1.内核中的加载函数为什么前面有__init

static int __init chrdevbase_init(void)加上__init：__init 是一个宏，用于标记初始化函数，作用是告诉编译器这个函数放在内核的初始化段中，从而在函数执行完后释放其占用的内存。同理__exit：用于标记模块的退出函数，表示该函数在模块卸载时执行。

2.设备树干什么用

简单来说就是让不同的板子能够使用一个内核+不同的设备树，从而不用频繁更改内核了。设备树是一种硬件信息的数据结构，使得内核支持多种硬件平台。在传统方式中，硬件信息直接硬编码在内核源码中，导致内核难以支持多种硬件平台，使用设备树后，硬件信息独立于内核源码，内核通过解析设备树文件获取硬件信息。硬件信息包括：CPU架构，内存布局，外设信息，中断控制和时钟配置。

3.内核空间和用户空间

&emsp①内核空间：操作系统运行的区域，只有内核代码能访问，特点有：最高权限，内核空间内存有保护，用户空间程序无法直接访问，稳定性高。主要管理CPU，内存和网络等；提供系统调用接口；实现进程调度，内存管理和文件系统等核心功能。

&emsp②用户空间：用户程序运行的空间，包括应用程序和库函数，通过系统调用访问内核空间，特点：运行在较低级别，只能访问自己的内存区域，稳定性较低。