【驱动开发】一 字符设备驱动框架

1 字符设备简介

字符设备是linux中最基本的一类设备，字符设备就是一个一个的字节，按照字节流进行读写操作的设备，读写分先后顺序的。
常见的点灯，按键，iic，spi，lcd等等都是字符设备。

1.1 应用程序调用驱动程序

应用程序调用驱动程序流程如下：

linux中一切皆文件，驱动加载成功后，会在"/dev/"目录下生成相应的文件，应用程序通过对名为“/dev/xxx”的文件进行操作，实现对硬件的操作。

应用程序使用到的函数在具体的驱动程序中都有一个与之对应的驱动函数， 在linux内核文件 include/linux/fs.h中有一个file_operations的结构体，此结构体就是linux内核驱动操作函数集合，内容如下所示：

重要参数：

owner：拥有这，一般为THIS_MODULE
llseek：修改文件当前读写位置
read：读取设备文件
write：向设备文件写入数据
poll：轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写
unlocked_ioctl：提供对设备的控制功能，与应用程序中的ioctl函数对应
compat_ioctl：与unlocked_ioctl功能一样，区别在于在 64 位系统上，32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl
mmap：设备的内存映射到进程空间，一般帧缓冲设备会使用此函数
open：打开设备
release：关闭设备文件，对应应用程序中的close函数
fasync：刷新待处理数据，将缓冲区数据刷新到磁盘中
aio_fsync：异步刷新待处理数据

2 字符设备开发步骤

2.1 驱动模块的加载和卸载

两种方式

1. 将驱动编进linux内核
2. 将驱动程序编译成模块（linux下模块的扩展名为.ko），在内核启动以后使用insmod命令加载驱动模块。

2.1.1 加载、卸载函数

module_init(xxx_init);			// 注册模块加载函数
module_exit(xxx_exit);			// 注册模块卸载函数

1）module_init 函数
用于向linux内核注册一个模块加载函数，参数xxx_init是需要注册的具体函数，当使用insmod命令加载驱动的时候，xxx_init函数会被调用。

/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{/* 入口函数具体内容 */return 0;
}

2）module_exit 函数
用于向linux内核注册一个模块卸载函数，参数xxx_exit是需要注册的具体函数，当使用rmmod命令卸载驱动的时候，xxx_exit函数会被调用。

/* 驱动入口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{/* 出口函数具体内容 */
}

将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数

module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

加载驱动模块
驱动编译完成后扩展名为.ko，有两种命令加在模块：insmod、modprobe。
区别在于modprobe会分析模块的依赖关系，然后会将所有的依赖模块都加载到内核中，因此推荐使用modprobe。modprobe命令默认会去/lib/modules/<kernel-version>目录中查找模块，一般自己制作的根文件系统中是不会有这个目录的，所以要自己创建。

modprobe dev.ko

卸载驱动模块
使用rmmod命令卸载

rmmod drv.ko

2.2 字符设备注册与注销

当驱动模块加载成功后，需要注册字符设备，同样，卸载驱动模块的时候也需要注销掉字符设备。函数原型如下：

static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
static inline void unregister_chadev(unsigned int major, const char *name)

参数类型：

major：主设备号，
name：设备名字，指向一串字符串
fops：结构体file_operations类型指针，指向设备的操作函数集合变量

一般字符设备的注册在驱动模块的入口函数中，注销函数在驱动模块的出口函数中，示例如下：

static struct file_operations test_fops;// 驱动入口函数
static int __init xxx_init(void)
{// 入口函数具体内容int retvalue = 0;retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", test_fops);if (retvalue < 0) {// 字符设备注册失败，自行处理}return 0；
}// 驱动出口函数
static void __exit xxx_exit(void)
{unregister_chrdev(200, "chrtest");
}// 指定驱动的入口和出口函数
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

设备号的选择
要选择没有被使用的主设备号，可以使用cat /proc/devices命令查看当前已被使用的设备号。

2.3 实现设备的具体操作函数

需求：

1. 能够对chrtest进行打开 关闭操作
2. 对chrtest进行读写操作

实现设备的具体函数就是对file_operations类型的test_fops结构体的初始化，代码如下：

/* 打开设备 */
static int chrtest_open(struct inode *inode, status file *filp)
{return 0;
}/* 读取 */
static ssize_t chrtest_read(status file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{return 0;
}/* 向设备写数据 */
static ssize_t chrtest_write(struct fiel *filp, const char __user *buf, size_t cont, loff_t *offt)
{return 0;
}
/* 关闭设备 */
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}static struct file_operations test_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = chrtest_open,.read = chrtest_read,.write = chrtest_write,.release = chrtest_release,
};// 驱动入口函数
static int __init xxx_init(void)
{// 入口函数具体内容int retvalue = 0;retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", test_fops);if (retvalue < 0) {// 字符设备注册失败，自行处理}return 0；
}// 驱动出口函数
static void __exit xxx_exit(void)
{unregister_chrdev(200, "chrtest");
}// 指定驱动的入口和出口函数
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);