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CH01 miscdevice AXI GPIO LED驱动程序1.1概述 本节课开始，我们一起学习基于ZYNQ的驱动程序开发。首先声明由于本人能力有限作为一名LINUX驱动初学者，教程更多以笔记形势展示笔者对于LINUX驱动程序开发的理解，而不是一名资深的LINUX驱动开发者。笔记从自身学习的角度，记录如何学习基于ZYNQ的驱动开发。 1.2驱动的注册
驱动编译后执行insmod ./led_dev.ko把驱动注册到内核中，当驱动被注册到内核总的时候系统会对驱动做一些的初始化操作。首先是操作系统对led_dev的驱动程序地址空间的分配，包括定义的结构体，变量，指针，和函数。分配完成后，首先执行static int led_init(void)。 在linux kernel 中，物理地址是不能直接使用的，必须通过转换才可以。转换分为两种， 静态和动态。不过，静态的地址转换，还需要在kernel 初始化的时候作映射。动态映射是使用 ioremap 函数。本节课程中使用 ioremap 函数动态映射。led_base = ioremap(0x41200000, 4);映射了AXI_GPIO的物理地址0x41200000到用户地址空间，地址长度为BYTE。之后misc_register函数注册led_dev的驱动到内核。 。//LED设备初始化 static int led_init(void) { int ret; //地址映射：把物理地址转换为虚拟地址 led_base = ioremap(0x41200000, 4); printk("LED: Access address to device is:0x%x\n", (unsigned int)led_base); //注册设备到/dev/目录 ret = misc_register(&led_dev); if(ret) { printk("led:[ERROR] Misc device register failed.\n"); return ret; } printk("Module init complete!\n"); return 0; } |
1.3驱动的打开
当应用程序通过调用open("/dev/led_dev", O_RDWR);函数打开设备的时候，此函数被调用。 static int led_open(struct inode * inode, struct file * filp) { printk("dev is open!"); return 0; } |
1.4驱动的卸载
执行rmmod led_dev的时候卸载驱动 //LED设备退出 static void led_exit(void) { printk("Module exit!\n"); iounmap(led_base); //取消物理地址的映射 misc_deregister(&led_dev); //删除/dev/目录下的设备节点 } |
1.5通过led_write函数
用户程序通过led_write对GPIO进行操作，控制LED.ret = copy_from_user(&val, buf, count);函数实现了把用于空间的程序拷贝到内核空间。iowrite32 可以直接范围我们刚刚ioremap后的地址空间。 //写设备触发的服务函数 file：设备 buf：数据缓存区 count：数据个数单位字节 static int led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos) { int val,ret; //把buff缓存数据拷贝到val地址空间 ret = copy_from_user(&val, buf, count); //把val的值写进led_base寄存器 iowrite32(val, led_base); printk("led : Write 0x%x to 0x%x.\n", val, (unsigned int)led_base); return 0; } |
1.6 导出的模块函数
Insmod 命令的时候执行module_init()函数，rmmod的时候执行module_exit()函数 module_init(led_init); //模块初始化接口 module_exit(led_exit); //模块推出接口 |
1.7 GPL v2许可及驱动描述信息
其中读者注意最后一条必须这么写，才能符合GPL 的规范，否则驱动可能无法工作。 MODULE_AUTHOR("123src@tjy"); MODULE_DESCRIPTION("ledDriver"); MODULE_ALIAS("It's only a test"); MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); |
1.8 led_dev.c完整源码#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/device.h> #include <asm/io.h> #include <linux/init.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/ioport.h> #include <linux/of.h> #include <linux/uaccess.h> static void __iomem *led_base; //led寄存器基地址 //打开设备触发的服务函数 static int led_open(struct inode * inode, struct file * filp) { printk("dev is open!"); return 0; } //写设备触发的服务函数 file：设备 buf：数据缓存区 count：数据个数单位字节 static int led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos) { int val,ret; //把buff缓存数据拷贝到val地址空间 ret = copy_from_user(&val, buf, count); //把val的值写进led_base寄存器 iowrite32(val, led_base); printk("led : Write 0x%x to 0x%x.\n", val, (unsigned int)led_base); return 0; } //LED函数接口结构体 static const struct file_operations led_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_open, .write = led_write, }; //LED设备结构体 static struct miscdevice led_dev= { .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, .name = "led_dev", // /dev/目录下的设备节点名 .fops = &led_fops, }; //LED设备初始化 static int led_init(void) { int ret; //地址映射：把物理地址转换为虚拟地址 led_base = ioremap(0x41200000, 4); printk("LED: Access address to device is:0x%x\n", (unsigned int)led_base); //注册设备到/dev/目录 ret = misc_register(&led_dev); if(ret) { printk("led:[ERROR] Misc device register failed.\n"); return ret; } printk("Module init complete!\n"); return 0; } //LED设备退出 static void led_exit(void) { printk("Module exit!\n"); iounmap(led_base); //取消物理地址的映射 misc_deregister(&led_dev); //删除/dev/目录下的设备节点 } module_init(led_init); //模块初始化接口 module_exit(led_exit); //模块推出接口 //以下代码可解决一些错误信息 MODULE_AUTHOR("123@ "); MODULE_DESCRIPTION("ledDriver"); MODULE_ALIAS("It's only a test"); MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); |
1.9应用程序
应用程序中fd = open("/dev/led_dev", O_RDWR); //打开设备。 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char **argv) { int i; int fd; int val=1; fd = open("/dev/led_dev", O_RDWR); //打开设备 if (fd <= 0) { Printf(“open %s error!\n”, filename) return;; } //LED流水灯 while(1) { for(i=0;i<4;i++) { val = (1<<i); write(fd,&val,4); //把val的值写到fd设备中，大小为4字节 sleep(1); } } return 0; } |
这个open函数不简单 ，而且如果你不阅读下面的话，你一定理解为我们驱动里面的open函数范围的0. open函数是我们开发中经常会遇到的，这个函数是对文件设备的打开操作，这个函数会返回一个句柄fd，我们通过这个句柄fd对设备文件读写操作。 我们在对这个fd作判断的时候，经常会用到： fd = open(filename, O_RDONLY); If (fd <= 0) { Printf(“open %s error!\n”, filename) return;; } 我们先来看看open函数的原型： int open(constchar*pathname,intflags); int open(constchar*pathname,intflags,mode_tmode); 函数参数： pathname：打开文件的路径名 flags：用来控制打开文件的模式 mode：用来设置创建文件的权限（rwx）。当flags中带有O_CREAT时才有效。 返回值： 调用成功时返回一个文件描述符fd 调用失败时返回-1，并修改errno 正确的判断应该是 if（fd < 0），那我们什么时候会fd=0呢，如果fd=0，那么已经正常打开了，但是我们判断了打开错误了。 open函数返回的文件描述符fd一定是未使用的最小的文件描述符，那么如果0没有使用，那么我们open的时候，首先就会获取到fd=0的情况。默认情况下，0,1,2这三个句柄对应的是标准输入，标准输出，标准错误，系统进程默认会打开0，1，2这三个文件描述符，而且指向了键盘和显示器的设备文件。所以通常我们open的返回值是从3开始的。 如果我们在open之前，close其中的任何一个，则open的时候，则会用到close的最小的值： close(0); fd = open(filename，O_RDONLY); printf(“fd = %d\n”, fd); 则可以发现我们就可以open的时候，返回了0的fd. 1.10 make fileKERN_DIR = /mnt/workspace/linux/linux-xlnx-master all: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean rm -rf modules.order obj-m += led_dev.o |
说明：
当我们在模块的源代码目录下运行make时，make是怎么执行的呢？
假设模块的源代码目录是/mnt/workspace/osrc/zynq_linux_driver/ch01_axi_led/dev下。 先说明以下makefile中一些变量意义：
（1）KERNELRELEASE在linux内核源代码中的顶层makefile中有定义
（2）shell pwd会取得当前工作路径
（3）shell uname -r会取得当前内核的版本号
（4）KERN_DIR变量便是当前内核（嵌入式LINUX内核）的源代码目录。
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
这就是编译模块了：首先改变目录到-C选项指定的位置（即内核源代码目录），其中保存有内核的顶层makefile；
M=选项让该makefile在构造modules目标之前返回到模块源代码目录；然后，modueles目标指向obj-m变量中设定的模块；
在上面的例子中，我们将该变量设置成了led_dev.o。 关于make modules的更详细的过程可以在内核源码目录下的scripts/Makefile.modpost文件的注释 中找到。
如果把led_dev模块移动到内核源代码中。例如放到..kernel/linux/driver/中， KERNELRELEASE就有定义了。
在..kernel/linux/Makefile中有 KERNELRELEASE=$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL)$(EXTRAVERSION)$(LOCALVERSION)。 这时候，led_dev模块也不再是单独用make编译，而是在内核中用make modules进行编译，此时驱动模块便和内核编译在一起。 1.11 测试
编译led.app程序，然后把 刚才编译号的驱动，led_dev.ko和a.out程序一并复制到TF卡(已经准备号了硬件工程)。 执行 mount /dev/mmcblk1p1 /mnt （注意，笔者已经调换了EMMC和SD卡的挂载顺序） cd /tmp ls zynq> insmod led_dev.ko zynq> lsmod lsmod命令实际上是读取并分析"/proc/modules"文件，我们可以打开一下这个文件查看究竟： zynq> cat /proc/modules 内核中已加载模块的信息也存在于/sys/module目录下，加载led_dev.ko后，内核中将包含/sys/module/led_dev目录， 有兴趣的可以看一下该目录中包含哪些内容。 可以使用rmmod led_dev命令来卸载当前装入的内核模块 然后执行./a.out 可以看到 流水的正常运行了。
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LINUX教程(2018)
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