韦东山嵌入式教程第四篇Linux驱动基础知识学习笔记（1）——Hello驱动程序

驱动入门——Hello驱动程序

1、怎么写出一个驱动程序？

1. 确定主设备号
2. 定义自己的file_operations结构体
3. 实现对应的open、read、write函数，填入file_operations结构体
4. 实现入口函数。安装驱动程序时，就会调用入口函数，把file_operations结构体告诉内核，注册驱动程序
5. 实现出口函数。卸载驱动时就会调用该出口函数unregister_chrdev（）
6. 其他完善，提供设备信息，自动创建设备节点
   说明：
   1、file_operations结构体怎么注册？
   通过函数register_chrdev(… , file_operations,…)来注册到内核中的“数组”chrdevs[主设备号]（可以自定义主设备号，也可以传入0，让内核给驱动程序分配主设备号）。应用程序在调用open、read、write函数时会根据主设备号选择对应的驱动程序，即从chrdevs[ ]中去去找到对应的file_operations结构体。那么谁来调用这个注册函数register_chrdev（）？答案是入口函数。安装驱动时就会调用入口函数来注册file_operations结构体。

应用程序在调用open打开一个文件时会返回一个整数，

m = open ("/dev/xxx" , flags,mode);
这个整数m 对应结构体 struct file{ }

struct file{
	...
	const struct file_operations  *f_op;
	...
	unsigned int       f_flags;  //open中的flags和mode都被保存在这里
	fomde_t            f_mode;
	...
}

去读写文件时，文件的当前偏移地址也会保存在struct file结构体的f_pos成员里。
file_operations结构体中有驱动程序提供的open等函数

struct file_operations{
ssize_t (*read)(......);
ssize_t (*write)(......);
long (unlocked_ioctl)(......);
int(*open)();
int(*release)();
}

2、开始code

可参考内核linux-4.4_xxx中的/drivers/char/misc.c驱动的写法
Hello驱动程序的作用：APP调用write时，传入数据保存到驱动程序中，read把数据再读出来。
以下是hello驱动的代码

//头文件参考misc字符驱动代码copy的
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>

/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;   //设备号可以自定义，0号是由OS帮我们设定
static char kernel_buf[1024];
static struct class *hello_class;


#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)

/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)  
//__user是一个空的宏，表示这个buf数组是来自用户空间，不能随意访问
//size_t是一个为了增强程序可移植性而设立的新数据类型，相当于一个无符号整数，在32位机器中是32位，在64位机器中是64位（int在64位机器中也是32位的）。 size_t类型通常用于循环、数组索引、大小的存储和地址运算。
//loff_t用于维护当前读写位置
//ssize_t是signed的
{
	int err;    //定义这个变量是为了用上copy_to_user的返回值，否则就会报错
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));//把内核里面的数组内容拷贝到用户的数组里面，第三个参数是拷贝的大小
	return MIN(1024, size);
}

static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));
	return MIN(1024, size);
}

static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* 2. 定义自己的file_operations结构体  */
static struct file_operations hello_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = hello_drv_open,
	.read    = hello_drv_read,
	.write   = hello_drv_write,
	.release = hello_drv_close,
};

/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init hello_init(void)
{
	int err;
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);//调试信息
	major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);  /* /dev/hello */
	//第一个参数是默认主设备号，第二个是名字，第三个是file_operations结构体的指针
	hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");
	err = PTR_ERR(hello_class);
	if (IS_ERR(hello_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "hello");
		return -1;
	}
	device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */
	
	return 0;
}

/* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数           */
static void __exit hello_exit(void)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(hello_class);
	unregister_chrdev(major, "hello");
}


/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

应用程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./hello_drv_test -w abc  写数据
 * ./hello_drv_test -r 	    读数据
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char buf[1024];
	int len;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc < 2) 
	{
		printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]);
		printf("       %s -r\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 2. 打开文件 */
	fd = open("/dev/hello", O_RDWR);   //读写打开
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file /dev/hello\n");
		return -1;
	}

	/* 3. 写文件或读文件 */
	if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3))//如果是-w写文件
	{
		len = strlen(argv[2]) + 1;
		len = len < 1024 ? len : 1024;
		write(fd, argv[2], len);  //往设备文件里面写数据
	}
	else
	{
		len = read(fd, buf, 1024);		
		buf[1023] = '\0';
		printf("APP read : %s\n", buf);
	}
	close(fd);
	return 0;
}

简单来说写驱动就是注册设备，实现fops，实现init和exit函数，然后应用程序就能往设备文件中读写传输数据了。