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嵌入式Linux驱动复习（5）驱动设计的思想：面向对象/分层/分离

2023-05-16

在上节中我们已经写出了具体单板的驱动程序：

字符设备驱动程序抽象出一个file_operations结构体；

我们写的程序针对硬件部分抽象出led_operations结构体。

我们采用的是上下分层的驱动写法

上下分层，比如我们前面写的LED驱动程序就分为2层：

① 上层实现硬件无关的操作，比如注册字符设备驱动：leddrv.c

② 下层实现硬件相关的操作，比如board_A.c实现单板A的LED操作

 

这一节我们要对这个驱动进行改进：

还能不能改进？分离。

在board_A.c中，实现了一个led_operations，为LED引脚实现了初始化函数、控制函数：

如果硬件上更换一个引脚来控制LED怎么办？你要去修改上面结构体中的init、ctl函数。

实际情况是，每一款芯片它的GPIO操作都是类似的。比如：GPIO1_3、GPIO5_4这2个引脚接到LED：

① GPIO1_3属于第1组，即GPIO1。

有方向寄存器DIR、数据寄存器DR等，基础地址是addr_base_addr_gpio1。

设置为output引脚：修改GPIO1的DIR寄存器的bit3。

设置输出电平：修改GPIO1的DR寄存器的bit3。

② GPIO5_4属于第5组，即GPIO5。

有方向寄存器DIR、数据寄存器DR等，基础地址是addr_base_addr_gpio5。

设置为output引脚：修改GPIO5的DIR寄存器的bit4。

设置输出电平：修改GPIO5的DR寄存器的bit4。

既然引脚操作那么有规律，并且这是跟主芯片相关的，那可以针对该芯片写出比较通用的硬件操作代码。

比如board_A.c使用芯片chipY，那就可以写出：chipY_gpio.c，它实现芯片Y的GPIO操作，适用于芯片Y的所有GPIO引脚。

使用时，我们只需要在board_A_led.c中指定使用哪一个引脚即可。

程序结构如下：

 

以面向对象的思想，在board_A_led.c中实现led_resouce结构体，它定义“资源”──要用哪一个引脚。

在chipY_gpio.c中仍是实现led_operations结构体，它要写得更完善，支持所有GPIO。

代码如下：

lcd_resource.h

#ifndef _LED_RESOURCE_H
#define _LED_RESOURCE_H

/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0]  = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x)   (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))

struct led_resource {
	int pin;   //使用哪个GPIO
};

struct led_resource *get_led_resouce(void);   //声明Board_A_led.c中的函数，这个函数主要是向上层提供

#endif

board_A_led.c


#include "led_resource.h"

static struct led_resource board_A_led = {
	.pin = GROUP_PIN(3,1),
};

struct led_resource *get_led_resouce(void)
{
	return &board_A_led;    //反回一个led_resource，别的文件通过调用得到该对哪个GPIO进行初始化
}

led_opr.h

#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H

struct led_operations {
	int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
	int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void);  //声明函数，向上层提供


#endif

chip_demo_gpio.c

#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>
#include "led_opr.h"
#include "led_resource.h"

static struct led_resource *led_rsc;
static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */	   
{	
	//printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
	if (!led_rsc)
	{
		led_rsc = get_led_resouce();  //得到要初始化哪个GPIO
	}
	
	printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));
	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("init pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("init pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("init pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("init pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}
	
	return 0;
}

static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
	//printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
	printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));

	switch(GROUP(led_rsc->pin))
	{
		case 0:
		{
			printk("set pin of group 0 ...\n");
			break;
		}
		case 1:
		{
			printk("set pin of group 1 ...\n");
			break;
		}
		case 2:
		{
			printk("set pin of group 2 ...\n");
			break;
		}
		case 3:
		{
			printk("set pin of group 3 ...\n");
			break;
		}
	}

	return 0;
}

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
	.init = board_demo_led_init,
	.ctl  = board_demo_led_ctl,
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
	return &board_demo_led_opr;
}

lcd_drv.c

#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>

#include "led_opr.h"

#define LED_NUM 2

/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;
struct led_operations *p_led_opr;


#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 led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return 0;
}

/* write(fd, &val, 1); */
static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	char status;
	struct inode *inode = file_inode(file);
	int minor = iminor(inode);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	err = copy_from_user(&status, buf, 1);

	/* 根据次设备号和status控制LED */
	p_led_opr->ctl(minor, status);
	
	return 1;
}

static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	int minor = iminor(node);
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/* 根据次设备号初始化LED */
	p_led_opr->init(minor);
	
	return 0;
}

static int led_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 led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = led_drv_open,
	.read    = led_drv_read,
	.write   = led_drv_write,
	.release = led_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 led_init(void)
{
	int err;
	int i;
	
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */


	led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
	err = PTR_ERR(led_class);
	if (IS_ERR(led_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "led");
		return -1;
	}

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */
	
	p_led_opr = get_board_led_opr();
	
	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 led_exit(void)
{
	int i;
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
		device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */

	device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}


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

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

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