linux驱动(一):led

        本文主要探讨210的led驱动相关知识。 

驱动
        操作系统驱动硬件的代码,驱动上层是系统调用API,下层是硬件
        宏内核：内核整体上为一个过程实现,运行在同一地址空间,相互调用简单高效
        微内核：功能为独立过程,过程间通过IPC通信
        linux本质上是宏内核兼具微内核模块化特性
        静态模块化编译时可裁剪但需重新编译,动态模块化模块自动安装和卸载
        字符设备软件是以字节为单位进行操作的,块设备，块设备是以块(多字节)为单位操作,网络设备为网卡驱动

驱动模块命令
        lsmod打印内核已经安装模块列表
        insmod安装模块
        modinfo打印模块信息
        rmmod卸载已经安装模块
        modprobe加载或卸载模块及依赖模块
        加载：modprobe xxx
        卸载：modprobe -r xxx
        depmod载入模块依赖到modules.dep

常用宏(modinfo查看)

        MODULE_LICENSE("GPL") 模块许可包括：GPL、GPL V2、GPL and additional rights、Dial BSD/GPL、Dual         MPL/GPL、Proprietary通常为为GPL v2
        MODULE_AUTHOR("xxx")添加模块作者信息
        MODULE_DESCRIPTION("xxx")添加模块描述信息
        MODULE_ALIAS("xxxx")添加模块别名
        module_init(moudle_test_init);
        module_exit(moudle_test_exit);
        module_init宏声明驱动初始化函数,初始化函数和insmod命令绑定
        module_exit宏声明驱动卸载函数,卸载函数和rmsmod命令绑定

函数及修饰符

include/linux/init.h
#define __init        __section(.init.text) __cold notrace
#define __exit        __section(.exit.text) __exitused __cold

        __init是宏定义,__init将修饰函数放入.init.text段,内核启动时加载.init.text段模块函数初始化
        __exit是宏定义,__exit将修饰函数放入.exit.text段,内核结束时加载.init.text段模块函数释放内存

         printk为内核中包含打印级别的功能的函数,/proc/sys/kernel/printk可查看当前系统的打印级别,高于打印级别未打印出的信息用dmesg查看

include/linux/kernel.h
#define    KERN_EMERG    "<0>"    /* system is unusable            */
#define    KERN_ALERT    "<1>"    /* action must be taken immediately    */
#define    KERN_CRIT    "<2>"    /* critical conditions            */
#define    KERN_ERR    "<3>"    /* error conditions            */
#define    KERN_WARNING    "<4>"    /* warning conditions            */
#define    KERN_NOTICE    "<5>"    /* normal but significant condition    */
#define    KERN_INFO    "<6>"    /* informational            */
#define    KERN_DEBUG    "<7>"    /* debug-level messages            */

        file_operations结构体的元素主要是函数指针,设备驱动都有该结构体类型变量,设备驱动向内核注册时提供该结构体类型的变量（file_operations的详细介绍可看本博客：树莓派(四):内核驱动框架）

struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, int datasync);int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);int (*check_flags)(int);int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
};
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
{return __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops);
}


        register_chrdev(linux/fs.h)驱动向内核注册自己的file_operations
        major为设备驱动编号,为0则为自动分配,其他为静态注册(/proc/devices可查看驱动编号)
        name为驱动名称,fops为驱动申请的file_opearatios

copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

        将数据从用户空间复制到内核空间

copy_from_user(void __user *to, const void *from, usigned long count);

        将数据从内核空间复制到用户空间

虚拟地址映射
        驱动操控硬件,操控硬件物理地址在内核中的虚拟地址
        静态虚拟地址映射：内核启动时建立静态映射表(硬编码),岁内核销毁
        动态虚拟地址映射：动态建立映射、使用、销毁映射,映射是临时的

        led驱动静态映射(s5pv210)

arch/arm/mach-s5pv210/include/mach/gpio-bank.h
#define S5PV210_GPJ0CON            (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x00)
#define S5PV210_GPJ0DAT            (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x04)
#define S5PV210_GPJ0PUD            (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x08)
#define S5PV210_GPJ0DRV            (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x0c)
#define S5PV210_GPJ0CONPDN        (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x10)
#define S5PV210_GPJ0PUDPDN        (S5PV210_GPJ0_BASE + 0x14)
arch/arm/mach-s5pv210/include/mach/regs-gpio.h
define S5PV210_GPJ0_BASE        (S5P_VA_GPIO + 0x240)
#define S5P_VA_GPIO        S3C_ADDR(0x00500000)
#define S3C_ADDR(x)    (S3C_ADDR_BASE + (x))
#define S3C_ADDR_BASE    (0xFD000000)        //静态映射表基地址
arch/arm/plat-s5p/include/plat/map-s5p.h

        led驱动态映射

#define request_mem_region(start,n,name) __request_region(&iomem_resource, (start), (n), (name), 0)

        向内核申请映射内存资源,start:物理地址,n大小,name名字

#define ioremap(cookie,size)        __arch_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)

        返回映射的虚拟地址,cookie:物理地址,szie大小

#define iounmap(cookie)            __iounmap(cookie)

        解除映射虚拟地址,cookie:物理地址

#define release_mem_region(start,n)    __release_region(&iomem_resource, (start), (n))

        释放申请,start:物理地址,n大小,name名字

demo: 

        210已移植uboot(ntfs,tftp),kernel,busynox

        ubuntu安装ntfs,tftp

        led驱动(静态虚拟地址映射)

led.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#define FILE    "/dev/led"char buf[16];
char led_cmd[3][4];void div_cmd(char *str)
{unsigned int m = 0;unsigned int n = 0;memset(led_cmd,'\0',sizeof(led_cmd));while(*str != '\0'){if(*str != ' '){led_cmd[m][n] = *str;n++;}else{led_cmd[m][n] = '\0';n = 0;m++;}str++;}
}void write_buf()
{int i;memset(buf,'\0',sizeof(buf));if(!strcmp(led_cmd[1],"on"))buf[0] = '0';if(!strcmp(led_cmd[1],"off"))buf[0] = '1';buf[1] = *(led_cmd[2]);
} int main()
{int fd = -1;char cmd[16];fd = open(FILE, O_RDWR);if (fd < 0){printf("open %s error.\n", FILE);return -1;}printf("input led cmd :led on|off 1|2|3\n");while(1){memset(cmd,'\0',sizeof(cmd));printf(">>>>");fgets(cmd,16,stdin);if(cmd[0] == '.' && cmd[1] == 'q'){break;}div_cmd(cmd);write_buf();write(fd,buf,strlen(buf));}close(fd);return 0;
}

led_static_module.c 

cat: cat: 没有那个文件或目录
#include <linux/module.h>               // module_init  module_exit
#include <linux/init.h>                 // __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/ioport.h>#define NAME "led"int major;
char kbuf[16];#define GPJ0CON         S5PV210_GPJ0CON
#define GPJ0DAT         S5PV210_GPJ0DAT#define rGPJ0CON        *((volatile unsigned int *)GPJ0CON)
#define rGPJ0DAT        *((volatile unsigned int *)GPJ0DAT)static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk(KERN_INFO "led_dev_open\n");return 0;
}static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));printk(KERN_INFO "led_dev_close\n");return 0;
}static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *ubuf,size_t count, loff_t *ppos)
{int ret = -1;int led;memset(kbuf, 0, sizeof(kbuf));ret = copy_from_user(kbuf, ubuf, count);if (ret){printk(KERN_ERR "copy_from_user error\n");return ret;}led = kbuf[1] - '0' + 2;if (kbuf[0] == '0'){rGPJ0DAT &= ~(1<<led);}else if (kbuf[0] == '1'){rGPJ0DAT |= (1<<led);}printk(KERN_INFO "copy_from_user ok  %d\n",led);return 0;
}ssize_t led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{int ret = -1;ret = copy_to_user(buf, kbuf, size);if (ret){printk(KERN_ERR "copy_to_user error\n");return ret;}printk(KERN_INFO "copy_to_user ok\n");return 0;
}static const struct file_operations led_fops = {.owner          = THIS_MODULE,.open           = led_open,.release        = led_close,.write          = led_write,.read           = led_read,
};static int __init led_dev_init()
{rGPJ0CON = 0x11111111;major = register_chrdev(0, NAME, &led_fops);printk(KERN_INFO "register success,major:%d\n",major);return 0;
}static int __exit led_dev_exit()
{rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));unregister_chrdev(major, NAME);printk(KERN_INFO "Cancel register\n");return 0;
}module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("cxb");
MODULE_DESCRIPTION("led static module");
MODULE_ALIAS("led");

Makefile 

KERN_DIR = /root/kernelobj-m   += led_static_module.oall:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules arm-linux-gcc led.c -o ledcp:cp *.ko /root/rootfs/drivercp led /root/rootfs/driver.PHONY: clean
clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf ./led

结果显示: 

         led驱动(动态虚拟地址映射)

led.c(同上)

led_dynamic_module.c

#include <linux/module.h>               // module_init  module_exit
#include <linux/init.h>                 // __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/ioport.h>#define NAME "led"int major;
char kbuf[16];#define GPJ0CON_PA      0xe0200240
#define GPJ0DAT_PA      0xe0200244unsigned int *rGPJ0CON;
unsigned int *rGPJ0DAT;static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk(KERN_INFO "led_dev_open\n");return 0;
}static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{*rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));printk(KERN_INFO "led_dev_close\n");return 0;
}static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *ubuf,size_t count, loff_t *ppos)
{int ret = -1;int led;memset(kbuf, 0, sizeof(kbuf));ret = copy_from_user(kbuf, ubuf, count);if (ret){printk(KERN_ERR "copy_from_user error\n");return ret;}led = kbuf[1] - '0' + 2;if (kbuf[0] == '0'){*rGPJ0DAT &= ~(1<<led);}else if (kbuf[0] == '1'){*rGPJ0DAT |= (1<<led);}printk(KERN_INFO "copy_from_user ok  %d\n",led);return 0;
}ssize_t led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{int ret = -1;ret = copy_to_user(buf, kbuf, size);if (ret){printk(KERN_ERR "copy_to_user error\n");return ret;}printk(KERN_INFO "copy_to_user ok\n");return 0;
}static const struct file_operations led_fops = {.owner          = THIS_MODULE,.open           = led_open,.release        = led_close,.write          = led_write,.read           = led_read,
};static int __init led_dev_init()
{major = register_chrdev(0, NAME, &led_fops);printk(KERN_INFO "register success,major:%d\n",major);if (!request_mem_region(GPJ0CON_PA, 4, "GPJ0CON"))return -EINVAL;if (!request_mem_region(GPJ0DAT_PA, 4, "GPJ0CON"))return -EINVAL;rGPJ0CON = ioremap(GPJ0CON_PA, 4);rGPJ0DAT = ioremap(GPJ0DAT_PA, 4);*rGPJ0CON = 0x11111111;return 0;
}static int __exit led_dev_exit()
{rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));iounmap(rGPJ0CON);iounmap(rGPJ0DAT);release_mem_region(GPJ0CON_PA, 4);release_mem_region(GPJ0DAT_PA, 4);unregister_chrdev(major, NAME);printk(KERN_INFO "Cancel register\n");return 0;
}module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("cxb");
MODULE_DESCRIPTION("led static module");
MODULE_ALIAS("led");

Makefile 

KERN_DIR = /root/kernelobj-m   += led_dynamic_module.oall:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules arm-linux-gcc led.c -o ledcp:cp *.ko /root/rootfs/drivercp led /root/rootfs/driver.PHONY: clean
clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf ./led

结果显示: 

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