imx6ull-驱动开发篇37——Linux MISC 驱动实验

目录

[MISC 设备驱动](#MISC 设备驱动)

miscdevice结构体

[misc_register 函数](#misc_register 函数)

[misc_deregister 函数](#misc_deregister 函数)

实验程序编写

修改设备树

驱动程序编写

miscbeep.c

miscbeepApp.c

[Makefile 文件](#Makefile 文件)

运行测试

---

MISC 驱动也叫做杂项驱动，也就是当某些外设无法进行分类的时候就可以使用 MISC 驱动。

MISC 设备驱动

所有的 MISC 设备驱动的主设备号都为 10，不同的设备使用不同的从设备号。MISC 设备会自动创建 cdev，因此采用 MISC 设备驱动可以简化字符设备驱动的编写。

miscdevice结构体

我们需要向 Linux 注册一个 miscdevice 设备， miscdevice是一个结构体，定义在文件 include/linux/miscdevice.h 中。

miscdevice结构体内容如下：

/**
 * struct miscdevice - 混杂设备(miscdevice)结构体
 * 
 * 用于表示Linux内核中的混杂设备(次设备号动态分配的字符设备)
 * 通常用于简单的字符设备驱动，避免手动申请主设备号
 */
struct miscdevice {
    int minor;                   /* 次设备号(MISC_DYNAMIC_MINOR表示动态分配) */
    const char *name;            /* 设备名称(出现在/dev和sysfs中) */
    const struct file_operations *fops; /* 文件操作集合(实现read/write/ioctl等) */
    
    /* 以下字段通常由内核内部管理，驱动无需初始化 */
    struct list_head list;       /* 内核使用的链表头 */
    struct device *parent;       /* 父设备指针(可选) */
    struct device *this_device;  /* 内核创建的设备实例 */
    
    /* 可选扩展字段 */
    const struct attribute_group **groups; /* 属性组(sysfs接口) */
    const char *nodename;        /* 设备节点名称(覆盖默认的命名规则) */
    umode_t mode;               /* 设备节点权限(如0644) */
};

定义一个 MISC 设备(miscdevice 类型)以后，我们需要设置minor、 name 和 fops这三个成员变量。

minor 表示子设备号， 用户指定子设备号， Linux 系统已经预定义了一些 MISC 设备的子设备号，这些预定义的子设备号定义在include/linux/miscdevice.h 文件中，如下所示：

/* 输入设备类 */
#define PSMOUSE_MINOR         1    /* PS/2鼠标设备 */
#define MS_BUSMOUSE_MINOR     2    /* 微软总线鼠标(已废弃) */
#define ATIXL_BUSMOUSE_MINOR  3    /* ATI XL总线鼠标(已废弃) */
#define ATARIMOUSE_MINOR      5    /* Atari总线鼠标(已废弃) */
#define SUN_MOUSE_MINOR       6    /* Sun鼠标(已废弃) */
#define APOLLO_MOUSE_MINOR    7    /* Apollo鼠标(已废弃) */
#define PC110PAD_MINOR        9    /* IBM PC110触控板 */
#define ADB_MOUSE_MINOR       10   /* ADB总线鼠标(Mac) */

/* 存储/设备控制类 */  
#define WATCHDOG_MINOR        130  /* 看门狗定时器 */
#define TEMP_MINOR            131  /* 温度传感器 */
#define RTC_MINOR             135  /* 实时时钟 */
#define EFI_RTC_MINOR         136  /* EFI实时时钟 */
#define SUN_OPENPROM_MINOR    139  /* Sun Open PROM */

/* 网络/通信类 */
#define NVRAM_MINOR          144   /* 非易失性RAM */
#define I2O_MINOR            166   /* I2O设备 */
#define MICROCODE_MINOR      184   /* CPU微代码更新 */

/* 特殊功能设备 */  
#define VHCI_MINOR           255   /* USB虚拟主机控制器 */
#define MISC_DYNAMIC_MINOR   255   /* 动态分配标志(与VHCI共享) */

我们在使用的时候可以从这些预定义的子设备号中挑选一个，当然也可以自己定义一个没有被其他设备使用地子设备号。

name ： MISC 设备名字，当此设备注册成功以后就会在/dev 目录下生成一个名为 name的设备文件。

fops 就是字符设备的操作集合， MISC 设备驱动最终是需要使用用户提供的 fops操作集合。

misc_register 函数

当设置好 miscdevice 以后，就需要使用 misc_register 函数向系统中注册一个 MISC 设备。

misc_register 函数原型如下：

int misc_register(struct miscdevice * misc)

• misc：要注册的 MISC 设备。
• 返回值： 负数，失败； 0，成功。

在以前的字符设备驱动中，我们会使用如下几个函数完成设备创建过程：

alloc_chrdev_region(); /* 申请设备号 */
cdev_init(); /* 初始化 cdev */
cdev_add(); /* 添加 cdev */
class_create(); /* 创建类 */
device_create(); /* 创建设备 */

现在只需要使用 misc_register 函数来完成这些功能。

misc_deregister 函数

当我们卸载设备驱动模块的时候。需要调用 misc_deregister 函数来注销掉 MISC 设备，

misc_deregister 函数原型如下：

int misc_deregister(struct miscdevice *misc)

• misc：要注销的 MISC 设备。
• 返回值： 负数，失败； 0，成功。

以前注销设备驱动的时候，我们需要删除此前创建的 cdev、设备等等：

cdev_del(); /* 删除 cdev */
unregister_chrdev_region(); /* 注销设备号 */
device_destroy(); /* 删除设备 */
class_destroy(); /* 删除类 */

现在也只需要一个 misc_deregister 函数来实现。

实验程序编写

实验程序，我们需要采用 platform 加 misc 的方式编写 beep 驱动，这也是实际的 Linux 驱动中很常用的方法。采用 platform 来实现总线、设备和驱动， misc 主要负责完成字符设备的创建。

beep硬件原理图和芯片资料，可以参考：裸机学习实验5------蜂鸣器实验

修改设备树

正点原子I.MX6U-ALPHA开发板上的BEEP，使用了SNVS_TAMPER1这个PIN。

打开imx6ull-alientek-emmc.dts，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为"pinctrl_beep"的子节点。

"pinctrl_beep"节点内容如下所示：

pinctrl_beep: beepgrp {
    fsl,pins = <
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10B0 /* beep */
    >;
};

在根节点"/"下创建 BEEP 节点，节点名为"beep"。

"beep"节点内容如下：

beep {
    #address-cells = <1>;                // 子节点地址空间占1个32位字
    #size-cells = <1>;                   // 子节点大小空间占1个32位字
    compatible = "atkalpha-beep";        // 匹配驱动的唯一标识符
    pinctrl-names = "default";           // 引脚控制状态名称
    pinctrl-0 = <&pinctrl_beep>;         // 关联的引脚配置组
    beep-gpio = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // GPIO控制定义：
                                          // - gpio5组第1个引脚
                                          // - 高电平有效
    status = "okay";                     // 设备启用状态
};

最后检查imx6ull-alientek-emmc.dts 文件里，PIN是否被其它外设使用，若有则屏蔽**。**

驱动程序编写

miscbeep.c

蜂鸣器的驱动文件，代码如下：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define MISCBEEP_NAME		"miscbeep"	/* 名字 	*/
#define MISCBEEP_MINOR		144			/* 子设备号 */
#define BEEPOFF 			0			/* 关蜂鸣器 */
#define BEEPON 				1			/* 开蜂鸣器 */

/* miscbeep设备结构体 */
struct miscbeep_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	struct device_node	*nd; /* 设备节点 */
	int beep_gpio;			/* beep所使用的GPIO编号		*/
};

struct miscbeep_dev miscbeep;		/* beep设备 */

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int miscbeep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &miscbeep; /* 设置私有数据 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t miscbeep_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char beepstat;
	struct miscbeep_dev *dev = filp->private_data;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		printk("kernel write failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	beepstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */
	if(beepstat == BEEPON) {	
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0);	/* 打开蜂鸣器 */
	} else if(beepstat == BEEPOFF) {
		gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1);	/* 关闭蜂鸣器 */
	}
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations miscbeep_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = miscbeep_open,
	.write = miscbeep_write,
};

/* MISC设备结构体 */
static struct miscdevice beep_miscdev = {
	.minor = MISCBEEP_MINOR,
	.name = MISCBEEP_NAME,
	.fops = &miscbeep_fops,
};

 /*
  * @description     : flatform驱动的probe函数，当驱动与
  *                    设备匹配以后此函数就会执行
  * @param - dev     : platform设备
  * @return          : 0，成功;其他负值,失败
  */
static int miscbeep_probe(struct platform_device *dev)
{
	int ret = 0;

	printk("beep driver and device was matched!\r\n");
	/* 设置BEEP所使用的GPIO */
	/* 1、获取设备节点：beep */
	miscbeep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
	if(miscbeep.nd == NULL) {
		printk("beep node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	} 

	/* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到BEEP所使用的BEEP编号 */
	miscbeep.beep_gpio = of_get_named_gpio(miscbeep.nd, "beep-gpio", 0);
	if(miscbeep.beep_gpio < 0) {
		printk("can't get beep-gpio");
		return -EINVAL;
	}

	/* 3、设置GPIO5_IO01为输出，并且输出高电平，默认关闭BEEP */
	ret = gpio_direction_output(miscbeep.beep_gpio, 1);
	if(ret < 0) {
		printk("can't set gpio!\r\n");
	}
	
	/* 一般情况下会注册对应的字符设备，但是这里我们使用MISC设备
  	 * 所以我们不需要自己注册字符设备驱动，只需要注册misc设备驱动即可
	 */
	ret = misc_register(&beep_miscdev);
	if(ret < 0){
		printk("misc device register failed!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	return 0;
}

/*
 * @description     : platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行
 * @param - dev     : platform设备
 * @return          : 0，成功;其他负值,失败
 */
static int miscbeep_remove(struct platform_device *dev)
{
	/* 注销设备的时候关闭LED灯 */
	gpio_set_value(miscbeep.beep_gpio, 1);

	/* 注销misc设备 */
	misc_deregister(&beep_miscdev);
	return 0;
}

 /* 匹配列表 */
 static const struct of_device_id beep_of_match[] = {
     { .compatible = "atkalpha-beep" },
     { /* Sentinel */ }
 };
 
 /* platform驱动结构体 */
static struct platform_driver beep_driver = {
     .driver     = {
         .name   = "imx6ul-beep",         /* 驱动名字，用于和设备匹配 */
         .of_match_table = beep_of_match, /* 设备树匹配表          */
     },
     .probe      = miscbeep_probe,
     .remove     = miscbeep_remove,
};

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init miscbeep_init(void)
{
	return platform_driver_register(&beep_driver);
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit miscbeep_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&beep_driver);
}

module_init(miscbeep_init);
module_exit(miscbeep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

关键代码分析如下：

MISC 设备beep_miscdev结构体，当系统启动以后就会在/dev/目录下存在一个名为"miscbeep"的设备文件。

static struct miscdevice beep_miscdev = {
	.minor = MISCBEEP_MINOR,
	.name = MISCBEEP_NAME,
	.fops = &miscbeep_fops,
};

miscbeep_probe函数，platform 框架的 probe 函数，当驱动与设备匹配以后此函数就会执行，首先在此函数中初始化 BEEP 所使用的 IO，然后通过 misc_register 函数向 Linux 内核注册MISC 设备 beep_miscdev。

ret = misc_register(&beep_miscdev);

miscbeep_remove函数，platform 框架的 remove 函数，调用 misc_deregister 函数来注销MISC 设备。

misc_deregister(&beep_miscdev);

miscbeepApp.c

测试app文件miscbeepApp.c，代码如下：

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

#define BEEPOFF	0
#define BEEPON 	1

/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char databuf[1];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];
	fd = open(filename, O_RDWR);	/* 打开beep驱动 */
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("BEEP Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}

	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

Makefile 文件

makefile文件只需要修改 obj-m 变量的值，改为miscbeep.o。

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
 
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := miscbeep.o
 
build: kernel_modules
kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

运行测试

编译代码：

make -j32 //编译makefile文件

arm-linux-gnueabihf-gcc miscbeepApp.c -o miscbeepApp  //编译测试app

编译成功以后，就会生成一个名为"miscbeep.ko"的驱动模块文件，和miscbeepApp 应用程序。

将编译出来的miscbeep.ko 和 miscbeepApp 这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板。

进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 miscbeep.ko 这个驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe miscbeep.ko //加载设备模块

当驱动模块加载成功以后，我们可以在**/sys/class/misc**这个目录下看到一个名为"miscbeep"的子目录，如图：

所有的 misc 设备都属于同一个类， /sys/class/misc 目录下就是 misc 这个类的所有设备，每个设备对应一个子目录。

驱动与设备匹配成功以后就会生成**/dev/miscbeep**这个设备驱动文件，要查看这个文件的主次设备号，可以输入如下命令：

ls /dev/miscbeep -l

输入如下命令测试 BEEP：

./miscbeepApp /dev/miscbeep 1 //打开 BEEP

./miscbeepApp /dev/miscbeep 0 //关闭 BEEP

观察一下 BEEP 能否打开和关闭，如果可以的话就说明驱动工作正常。

卸载驱动，输入如下命令：

rmmod miscbeep.ko