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新字符设备驱动实验

news 2025/8/17 5:58:32

        经过前两章实验的实战操作，我们已经掌握了 Linux 字符设备驱动开发的基本步骤，字符

设备驱动开发重点是使用 register_chrdev 函数注册字符设备，当不再使用设备的时候就使用

unregister_chrdev 函数注销字符设备，驱动模块加载成功以后还需要手动使用 mknod 命令创建

设备节点。register_chrdev 和 unregister_chrdev 这两个函数是老版本驱动使用的函数，现在新的

字符设备驱动已经不再使用这两个函数，而是使用Linux内核推荐的新字符设备驱动API函数。

本节我们就来学习一下如何编写新字符设备驱动，并且在驱动模块加载的时候自动创建设备节

点文件。

1.新字符设备驱动原理

1.1分配和释放设备号

        使用 register_chrdev 函数注册字符设备的时候只需要给定一个主设备号即可，但是这样会

带来两个问题：

1.需要我们事先确定好哪些主设备号没有使用。

2.会将一个主设备号下的所有次设备号都使用掉，比如现在设置 LED 这个主设备号为200，那么 0~1048575(2^20-1)这个区间的次设备号就全部都被 LED 一个设备分走了。这样太浪费次设备号了！一个 LED 设备肯定只能有一个主设备号，一个次设备号。

        解决这两个问题最好的方法就是要使用设备号的时候向 Linux 内核申请，需要几个就申请
几个，由 Linux 内核分配设备可以使用的设备号。如果没有指定设备号的话就使用如下函数来申请设备号：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
        如果给定了设备的主设备号和次设备号就使用如下所示函数来注册设备号即可：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
        参数 from 是要申请的起始设备号，也就是给定的设备号；参数 count 是要申请的数量，一
般都是一个；参数 name 是设备名字。
        注 销 字 符 设 备 之 后 要 释 放 掉 设 备 号 ， 不 管 是 通 过 alloc_chrdev_region 函 数 还 是
register_chrdev_region 函数申请的设备号，统一使用如下释放函数：
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
        新字符设备驱动下，设备号分配示例代码如下：
 int major; /* 主设备号 */int minor; /* 次设备号 */dev_t devid; /* 设备号 */if (major) { /* 定义了主设备号 */devid = MKDEV(major, 0); /* 大部分驱动次设备号都选择 0 */register_chrdev_region(devid, 1, "test");} else { /* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */}

2.自动创建设备节点

        在前面的 Linux 驱动实验中，当我们使用 modprobe 加载驱动程序以后还需要使用命令

“mknod”手动创建设备节点。本节就来讲解一下如何实现自动创建设备节点，在驱动中实现

自动创建设备节点的功能以后，使用 modprobe 加载驱动模块成功的话就会自动在/dev 目录下

创建对应的设备文件。

2.1mdev 机制

        udev 是一个用户程序，在 Linux 下通过 udev 来实现设备文件的创建与删除，udev 可以检

测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用

modprobe 命令成功加载驱动模块以后就自动在/dev 目录下创建对应的设备节点文件,使用

rmmod 命令卸载驱动模块以后就删除掉/dev 目录下的设备节点文件。使用 busybox 构建根文件

系统的时候，busybox 会创建一个 udev 的简化版本—mdev，所以在嵌入式 Linux 中我们使用

mdev 来实现设备节点文件的自动创建与删除，Linux 系统中的热插拔事件也由 mdev 管理，在

/etc/init.d/rcS 文件中如下语句：

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

2.2参考示例

struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
dev_t devid; /* 设备号 *//* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{/* 创建类 */class = class_create(THIS_MODULE, "xxx");/* 创建设备 */device = device_create(class, NULL, devid, NULL, "xxx");return 0;
}/* 驱动出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{/* 删除设备 */device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);/* 删除类 */class_destroy(newchrled.class);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

2.3硬件原理图

        参考上节即可。

2.4 LED驱动代码编写

#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>/****************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : newchrled.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : LED 驱动文件。
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版 V1.0 2019/6/27 左忠凯创建
*****************************************************************/
#define NEWCHRLED_CNT 1        /* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME "newchrled" /* 名字 */
#define LEDOFF 0               /* 关灯 */
#define LEDON 1                /* 开灯 *//* 寄存器物理地址 */
#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C)
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;/* newchrled 设备结构体 */
struct newchrled_dev {dev_t devid;            /* 设备号 */struct cdev cdev;       /* cdev */struct class *class;    /* 类 */struct device *device;  /* 设备 */int major;              /* 主设备号 */int minor;              /* 次设备号 */
};struct newchrled_dev newchrled; /* led 设备 *//** @description : LED 打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开 LED，LEDOFF(1) 关闭 LED* @return : 无*/
void led_switch(u8 sta)
{u32 val = 0;if (sta == LEDON) {val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);} else if (sta == LEDOFF) {val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);}
}/** @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 led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据 */return 0;
}/** @description : 从设备读取数据* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区* @param - cnt : 要读取的数据长度* @param – offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{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 led_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if (retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */if (ledstat == LEDON) {led_switch(LEDON); /* 打开 LED 灯 */} else if (ledstat == LEDOFF) {led_switch(LEDOFF); /* 关闭 LED 灯 */}return 0;
}/** @description : 关闭/释放设备* @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)* @return : 0 成功;其他 失败*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchrled_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = led_release,
};/** @description : 驱动出口函数* @param : 无* @return : 无*/
static int __init led_init(void)
{u32 val = 0;/* 初始化 LED *//* 1、寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE, 4);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE, 4);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE, 4);GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE, 4);GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE, 4);/* 2、使能 GPIO1 时钟 */val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26); /* 清楚以前的设置 */val |= (3 << 26); /* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 3、设置 GPIO1_IO03 的复用功能，将其复用为* GPIO1_IO03，最后设置 IO 属性。*/writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/* 寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03 设置 IO 属性 */writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭 LED */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (newchrled.major) { /* 定义了设备号 */newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);} else { /* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME); /* 申请设备号 */newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid); /* 获取主设备号 */newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid); /* 获取次设备号 */}printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);/* 2、初始化 cdev */newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);/* 3、添加一个 cdev */cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);/* 4、创建类 */newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);if (IS_ERR(newchrled.class)) {return PTR_ERR(newchrled.class);}/* 5、创建设备 */newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);if (IS_ERR(newchrled.device)) {return PTR_ERR(newchrled.device);}return 0;
}/** @description : 驱动出口函数* @param : 无* @return : 无*/
static void __exit led_exit(void)
{/* 取消映射 */iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);/* 注销字符设备 */cdev_del(&newchrled.cdev);/* 删除 cdev */unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);class_destroy(newchrled.class);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

2.5测试APP与上一节一致

http://www.dtcms.com/a/334186.html

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