字符設備框架：
- 字符設備類包含了同種的字符設備。/sys/class
- 每種設備都有struct cdev來描述的：
struct file_operations *ops = &hello_op
cdev_init(&cdev,&hello_op)
dev_t *dev = &devno
cdev_add(&cdev,devno,1)
用戶空間
- 應用程序(用到設備文件名——mknod "/dev/設備文件名" c 主設備號 次設備號)
內核空間
系統調用
|
vfs （struct cdev struct file_operations）
|
驅動 設備號 = MKDEV(主設備號，次設備號);
//struct cdev cdev;
struct cdev *cdev;
3、初始化file_operations結構體
struct file_operations op = {
.owner = THIS_MODULE,//代表了當前模塊的意思，不寫也沒錯
.open = hello_open
};
加載函數
- 1、申請設備號——dev_t devno = mar_num << 20 | min_num 或者調用 MKDEV(主設備號，次設備號)
- 2、注冊設備號
* 靜態注冊：register_chrdev_region(devno,需要注冊的設備個數，設備文件名);
* 動態注冊：alloc_chrdev_region(devno,起始次設備號，次設備號個數，設備文件名);
* 靜態注冊的優點是設備啟動需要的時間短，但是容易造成和已存在設備號沖突
* cdev = kzalloc(sizeof(struct cdev),GFP_KERNEL); - 4、初始化字符設備 cdev_init(&cdev,&op);
- 5、添加字符設備到內核中 cdev_add(&cdev,devno,1);
卸載函數
- 6、cdev_del(&cdev);
- 7、注銷設備號
- unregister_chrdev_region(devno,注銷的字符設備個數);
規避版權
自動創建設備節點 描述時設備節點就是設備文件
- 在講自動創建設備節點前，必須先了解另一部分知識點：sysfs這種文件系統默認被掛載到了/sys目錄下.
它的作用是給用戶空間和內核空間提供交互的接口——會將內核中的信息(例如設備號)導出到用戶空間，
并且將信息存放到/sys/module/目錄名(以模塊名稱命名的)/uevent文件中.
在用戶空間中有一個小程序叫做udev，每次開機的時候會去遍歷所有的uevent文件，提取出設備號然后在
/dev/目錄下創建設備文件，一旦創建完成后udev阻塞，當我們新加載一個驅動時，sysfs會將新加載的驅動
信息導出到用戶空間同時會產生新的uevent文件，一旦產生uevent文件，udev會喚醒。
struct class *cls;
cls = class_create(THIS_MODULE,"hello");
這里的hello代表了類的名字，會在/sys/class目錄下出現一個文件夾叫做hello，而hello的下面可能出現很多代表子設備的軟連接
創建設備文件接口
struct device *devs;
devs = device_create(類結構體指針，父設備的結構體指針，);
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
- 功能：在/dev目錄下自動創建設備文件
- 參數1:類結構體指針cls
- 參數2:父設備的device結構體指針，如果沒有要寫NULL
- 參數3:設備號
- 參數4:一些私有數據，如果不用寫NULL
- 參數5:設備文件名，但不一定是完整的設備文件名，如果不使用第六個參數，那么第五個參數就是完整的設備文件名
- 如果使用第六個參數，那么設備文件名則是由第五和第六兩個參數構成的。
- 參數6:不需要可以省略
sturct inode
{
umode_t i_mode 判斷設備類型
struct cdev *i_cdev 存放的是驅動層中cdev結構體的首地址
}
inode結構體是靜態的，最初是存放到磁盤上的，第一次打開文件時會被加載到內核中。inode結構體對于一個文件來講只有一個。
struct file {
const struct file_operations *f_op; 存放了驅動中的file_operations結構體的首地址
}
用來描述文件的動態信息的，只要打開一次文件就會出現一個新的struct file結構體
int (*open) (struct inode *, struct file *);
驅動層中的open完成的功能：打開文件，申請資源，識別次設備號，存放私有數據
用戶空間
- 系統調用接口open 上層的open通過系統調用號來匹配系統調用源碼
內核空間
- 系統調用
內核中：
- 1、
vi arch/arm/include/uapi/asm/unistd.h 33 #define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5) 5是系統調用號 - 2、
跟進 __Nr_open 713 __SYSCALL(__NR_open, sys_open) 通過系統調用找到了sys_open 內核中一個函數 - 3、
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, umode_t, mode) return do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode); || \/ struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, &op); || \/ filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags | LOOKUP_RCU); || \/ 3181 error = do_last(nd, &path, file, op, &opened, pathname); || \/ 2882 goto finish_open; || \/ 794 error = do_dentry_open(file, open, current_cred()); || \/ 727 open = f->f_op->open; 其中f->f_op->open; 我們在驅動中自己實現的函數接口，比如.open = hello_open
無論應用層還是底層所謂的讀寫，都是站在應用層的角度來看待的。
- 讀：數據從內核空間流向用戶空間
- 寫：相反
讀 :
- 功能:將內核空間的數據拷貝到用戶空間
- 參數1:第一個參數內核創建。
- 參數2:用戶空間地址
- 參數3:從內核空間傳遞給用戶空間的數據大小
- 參數4:偏移量
size_t read(struct file *,char __user *,size_t ,loff_t *)
{
將內核空間的數據拷貝到用戶空間 copy_to_user();
}
static inline unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n);
- 返回值：成功返回0,失敗返回錯誤碼
- 參數1：用戶空間的某個地址
- 參數2: 內核空間的某個地址
- 參數3: 需要給用戶空間拷貝的字節數
size_t write(struct file *,const char __user *,size_t ,loff_t *)
{
將用戶空間的數據拷貝到內核空間 copy_from_user();
}
static inline unsigned long __must_check copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
- 返回值:成功返回0，失敗返回錯誤碼
- 參數1:內核空間的某個地址
- 參數2:用戶空間某個地址
- 參數3：用戶空間給內核空間傳遞的數據的字節數
應用層:
int ioctl(int fd,int cmd,...);參數1：文件描述符
參數2: 命令
-
參數3：如果不需要則省略，如果需要可能是一個普通變量也可能是一個地址
- 如果參數3需要傳遞一個結構，這個時候需要傳遞這個結構的首地址，同時驅動層要想獲取數據必須調用copy_from_user或者copy_to_user
- 如果參數3只是傳遞一個基本類型的數據，驅動層直接通過第三個參數來接收應用層的數據。
-
驅動層:
long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);- 參數2:命令
- 參數3：接收應用程序傳過來的數據
cmd是一個32位的無符號整數，這個整數分成4個部分 8位 8位 2位 14位 幻數(代表某個設備,通常用字符) 代表了序號 方向 傳遞的參數的類型大小
虛擬地址 = ioremap(物理地址，物理地址占用字節數)
練習 ：
Makefile
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
#KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
KERNELDIR ?= /home/linux/linux-3.14/
PWD ?= $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
cp *.ko /rootfs
app:
arm-none-linux-gnueabi-gcc test.c -o test
cp test /rootfs
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
.PHONY: modules clean
else
obj-m += led.o
endif
head.h
#ifndef __HEAD_H_
#define __HEAD_H_
#define MAGIC 'l'
#define LED2_ON _IO(MAGIC,0)
#define LED2_OFF _IO(MAGIC,1)
#define LED3_ON _IO(MAGIC,2)
#define LED3_OFF _IO(MAGIC,3)
#define LED4_ON _IO(MAGIC,4)
#define LED4_OFF _IO(MAGIC,5)
#define LED5_ON _IO(MAGIC,6)
#define LED5_OFF _IO(MAGIC,7)
#define LEDALL_ON _IO(MAGIC,8)
#define LEDALL_OFF _IO(MAGIC,9)
#endif
led.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include "head.h"
#define LED_MAJOR 505
#define LED_MINOR 0
#define LED_NUM 1
#define LED_NAME "ledx"
#define CLS_NAME "led_cls"
#define DEV_NAME "led"
#define GPX2CON 0x11000c40
#define GPX1CON 0x11000c20
#define GPF3CON 0x114001e0
volatile unsigned int * gpx2con;
volatile unsigned int * gpx1con;
volatile unsigned int * gpf3con;
volatile unsigned int * gpx2dat;
volatile unsigned int * gpx1dat;
volatile unsigned int * gpf3dat;
dev_t devno;
struct cdev led_cdev;
struct class * cls;
int led_open (struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(" led_open!!!\n");
return 0;
}
int led_release (struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(" led_release!!!\n");
return 0;
}
long led_ioctl (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
printk(" led_ioctl !!!\n");
switch (cmd)
{
case LED2_ON:
*gpx2dat = (*gpx2dat)|(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LED2_OFF:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LED3_ON:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)|(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LED3_OFF:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LED4_ON:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x1 << 4);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x1 << 5);
break;
case LED4_OFF:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LED5_ON:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x1 << 5);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x1 << 4);
break;
case LED5_OFF:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
case LEDALL_ON:
*gpx2dat = (*gpx2dat)|(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)|(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)|(0x3 << 4);
break;
case LEDALL_OFF:
*gpx2dat = (*gpx2dat)&~(0x1 << 7);
*gpx1dat = (*gpx1dat)&~(0x1 << 0);
*gpf3dat = (*gpf3dat)&~(0x3 << 4);
break;
default:
printk(" fault cmd!!!\n");
return -EFAULT;
break;
}
return 0;
}
struct file_operations led_fops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.release = led_release,
.unlocked_ioctl = led_ioctl,
};
int __init led_init(void)
{
int ret;
printk(" led_init!!!\n");
devno = MKDEV(LED_MAJOR,LED_MINOR);
ret = register_chrdev_region(devno,LED_NUM,LED_NAME);
if (ret < 0)
{
printk(" register_chrdev_region fail!!!\n");
return -EFAULT;
}
printk(" register_chrdev_region success!!!\n");
printk(" major=%d,minor=%d\n",MAJOR(devno),MINOR(devno));
cdev_init(&led_cdev,&led_fops);
led_cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&led_cdev,devno,LED_NUM);
cls = class_create(THIS_MODULE,CLS_NAME);
if (IS_ERR(cls))
{
printk(" class_create fail!!!\n");
return -EFAULT;
}
device_create(cls,NULL,devno,NULL,DEV_NAME);
gpx2con = ioremap(GPX2CON,0x4);
if (NULL == gpx2con)
{
printk(" gpx2con ioremap fail!!!\n");
return -EFAULT;
}
gpx1con = ioremap(GPX1CON,0x4);
if (NULL == gpx1con )
{
printk(" gpx1con ioremap fail!!!\n");
return -EFAULT;
}
gpf3con = ioremap(GPF3CON,0x4);
if (NULL == gpf3con)
{
printk(" gpf3con ioremap fail!!!\n");
return -EFAULT;
}
gpx2dat = gpx2con + 1;
//gpx2dat = ioremap(0x1100c44,0x4);
gpx1dat = gpx1con + 1;
gpf3dat = gpf3con + 1;
*gpx2con = ((*gpx2con)&~(0xf << 28))|(0x1 << 28);
*gpx1con = ((*gpx1con)&~(0xf << 0))|(0x1 << 0);
*gpf3con = ((*gpf3con)&~(0xff <<16))|(0x11 << 16);
*gpx2dat =(*gpx2dat)|(0x1 << 7);
*gpx1dat =(*gpx1dat)|(0x1 << 0);
*gpf3dat =(*gpf3dat)|(0x3 << 4);
return 0;
}
module_init(led_init);
void __exit led_exit(void)
{
printk(" led_exit!!!\n");
iounmap(gpf3con);
iounmap(gpx1con);
iounmap(gpx2con);
device_destroy(cls,devno);
class_destroy(cls);
cdev_del(&led_cdev);
unregister_chrdev_region(devno,LED_NUM);
}
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
led.c
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "head.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
fd = open("/dev/led",O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf(" open fail!!!\n");
return -1;
}
for(;;)
{
ioctl(fd,LED2_ON);
sleep(1);
ioctl(fd,LED3_ON);
sleep(1);
ioctl(fd,LED4_ON);
sleep(1);
ioctl(fd,LED5_ON);
sleep(1);
ioctl(fd,LEDALL_ON);
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}
