Linux實(shí)踐:一步一步編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
作 者:道哥,10+年嵌入式開(kāi)發(fā)老兵,專注于:C/C++、嵌入式、Linux。
目錄
API 函數(shù)
編寫驅(qū)動(dòng)程序
編寫應(yīng)用程序
卸載驅(qū)動(dòng)模塊
小結(jié)
別人的經(jīng)驗(yàn),我們的階梯!
大家好,我是道哥,今天我們繼續(xù)討論: Linux 中字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。
在上一篇文章中Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)踐:你知道【字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序】的兩種寫法嗎?我們說(shuō)過(guò):字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,有兩套不同的API函數(shù),并且在文中詳細(xì)演示了利用舊的API函數(shù)來(lái)編寫驅(qū)動(dòng)程序。
這篇文章,我們繼續(xù)這個(gè)話題,實(shí)際演示一下:字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的另一套API函數(shù)的使用方法。
API 函數(shù)
這里主要關(guān)注下面這 3 個(gè)函數(shù):
// 靜態(tài)注冊(cè)設(shè)備
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
// 動(dòng)態(tài)注冊(cè)設(shè)備
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name);
// 卸載設(shè)備
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
關(guān)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)注冊(cè),主要的區(qū)別就在于:主設(shè)備號(hào)由誰(shuí)來(lái)主導(dǎo)分配!
靜態(tài)注冊(cè):由我們的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)指定主設(shè)備號(hào),即參數(shù)1:from;
動(dòng)態(tài)注冊(cè):由操作系統(tǒng)來(lái)分配,驅(qū)動(dòng)程序提供一個(gè)變量來(lái)接收該設(shè)備號(hào),即參數(shù)1: dev 指針;
另外,在Linux 2.6后期的內(nèi)核版本中,引入了 cdev 結(jié)構(gòu)來(lái)描述一個(gè)字符設(shè)備,它的結(jié)構(gòu)體成員是:
與這個(gè)結(jié)構(gòu)體相關(guān)的處理函數(shù)有:
void cdev_init(struct cdev *,struct file_operations *);
初始化 cdev 的成員,主要是設(shè)置 file_operations。
strcut cdev *cdev_alloc(void);
動(dòng)態(tài)申請(qǐng) cdev 內(nèi)存。
void cdev_put(strcut cdev *p);
與 count 計(jì)數(shù)相關(guān)的操作。
int cdev_add(struct cdev *,dev_t ,unsigned );
向系統(tǒng)中添加一個(gè) cdev,注冊(cè)字符設(shè)備,需要在驅(qū)動(dòng)被加載的時(shí)候調(diào)用。
void cdev_del(struct cdev *);
從系統(tǒng)中刪除一個(gè) cdev,注銷字符設(shè)備,需要在驅(qū)動(dòng)被卸載的時(shí)候調(diào)用。
后面在代碼演示的時(shí)候,可以看到cdev結(jié)構(gòu)是如何被使用的。
編寫驅(qū)動(dòng)
按照慣例,我們?nèi)匀话凑詹襟E,來(lái)討論如何利用上述的APIs,來(lái)手寫一個(gè)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。
以下所有操作的工作目錄,都是與上一篇文章相同的,即:~/tmp/linux-4.15/drivers/。
創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)目錄和驅(qū)動(dòng)程序
$ cd linux-4.15/drivers/
$ mkdir my_driver2
$ cd my_driver2
$ touch driver2.c
driver2.c 文件的內(nèi)容如下(不需要手敲,文末有代碼下載鏈接):
這里看一下加載驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)調(diào)用的 driver2_init( ) 函數(shù),其中的 cdev_init 用來(lái)把cdev結(jié)構(gòu)體與 file_operations 發(fā)生關(guān)聯(lián)。
在調(diào)用 alloc_chrdev_region( ) 時(shí),操作系統(tǒng)分配了主設(shè)備號(hào),并且保存在 dev_no 變量中,然后 cdev_add() 再把設(shè)備號(hào)與cdev結(jié)構(gòu)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
創(chuàng)建 Makefile 文件
$ touch Makefile
內(nèi)容如下:
編譯驅(qū)動(dòng)模塊$ make
得到驅(qū)動(dòng)程序: driver2.ko 。
加載驅(qū)動(dòng)模塊
在加載驅(qū)動(dòng)模塊之前,先來(lái)檢查一下系統(tǒng)中,幾個(gè)與驅(qū)動(dòng)設(shè)備相關(guān)的地方。
先看一下 /dev 目錄下,目前還沒(méi)有我們的設(shè)備節(jié)點(diǎn)( /dev/driver2 )。
$ ll /dev/driver2
ls: cannot access '/dev/driver2': No such file or directory
再來(lái)查看一下 /proc/devices 目錄下,也沒(méi)有 driver2 設(shè)備的設(shè)備號(hào)。
$ cat /proc/devices
/proc/devices 文件: 列出字符和塊設(shè)備的主設(shè)備號(hào),以及分配到這些設(shè)備號(hào)的設(shè)備名稱。
為了方便查看打印信息,把dmesg輸出信息清理一下:
$ sudo dmesg -c
執(zhí)行如下指令,加載驅(qū)動(dòng)模塊:
$ sudo insmod driver2.ko
當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序被加載的時(shí)候,通過(guò) module_init( ) 注冊(cè)的函數(shù) driver2_init() 將會(huì)被執(zhí)行,那么其中的打印信息就會(huì)輸出。
還是通過(guò) dmesg 指令來(lái)查看驅(qū)動(dòng)模塊的打印信息:
$ dmesg
此時(shí),驅(qū)動(dòng)模塊已經(jīng)被加載了!
來(lái)查看一下 /proc/devices 目錄下顯示的設(shè)備號(hào):
$ cat /proc/devices
設(shè)備已經(jīng)注冊(cè)了,主設(shè)備號(hào)是: 244 。
但是,此時(shí)在/dev目錄下,還沒(méi)有我們需要的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
在上一篇文章中介紹過(guò),還可以利用 Linux 用戶態(tài)的 udev 服務(wù)來(lái)自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
現(xiàn)在,我們手動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn):
$ sudo mknod -m 660 /dev/driver2 c 244 0
主設(shè)備號(hào) 244 是從 /proc/devices 查到的。
檢查一下是否創(chuàng)建成功:
$ ll /dev/driver2
現(xiàn)在,設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)加載了,設(shè)備節(jié)點(diǎn)也被創(chuàng)建好了,應(yīng)用程序就可以來(lái)操作(讀、寫)這個(gè)設(shè)備了。
應(yīng)用程序
應(yīng)用程序仍然放在 ~/tmp/App/ 目錄下。
$ mkdir ~/tmp/App/app_driver2
$ cd ~/tmp/App/app_driver2
$ touch app_driver2.c
文件內(nèi)容如下:
接下來(lái)就是編譯和測(cè)試了:
$ gcc app_driver2.c -o app_driver2
$
$ sudo ./app_driver2
[sudo] password for xxx: <輸入用戶密碼>
read ret = 0
write ret = 0
從返回值來(lái)看,成功打開(kāi)了設(shè)備,并且調(diào)用讀函數(shù)、寫函數(shù)都成功了!
繼續(xù)用dmesg命令查看一下:
卸載驅(qū)動(dòng)模塊
卸載指令:
$ sudo rmmod driver2
此時(shí),/proc/devices 下主設(shè)備號(hào) 244 的 driver2 已經(jīng)不存在了。
再來(lái)看一下 dmesg的打印信息:
可以看到:驅(qū)動(dòng)程序中的 driver2_exit( ) 被調(diào)用執(zhí)行了!
小結(jié)
以上就是利用“新的” API 函數(shù),來(lái)編寫字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。
代碼結(jié)構(gòu)還是非常清晰的,這得益于Linux良好的驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)設(shè)計(jì)!這也是每一名架構(gòu)師需要學(xué)習(xí)、努力模仿的地方。
文中的測(cè)試代碼,已經(jīng)放在網(wǎng)盤了。
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