Linux驱动开发-字符设备控制技术笔记 3

Posted 2023-02-28 hntea-hong

字符设备控制技术

　　笔记要做的自己看起来舒服和有头绪，这不又折腾切换编辑器来从新排版，有强迫症啊！对于字符控制，很多时候编写上层应用程序时，使用ioctl系统调用来控制设备，原型如下:

/*
    fd: 要控制的设备文件描述符
    cmd: 发送给设备的控制命令
    …: 第3个参数是可选的参数，存在与否是依赖于控制命令(第2 个参数)。
*/
int ioctl(int fd,unsigned long cmd,...);

但是在Linux2.6.36之后的

/*
c) 参数说明

     fiel:打开的设备描述符

     cmd:传递的命令

     arg:命令的个数
*/
long (*unlocked_ioctl) (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);

long (*compat_ioctl) (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);

d) 注意：

• 为了防止对错误设备使用正确的命令，命令号应在系统范围内是唯一的
• 既每个命令号都应该由多个位段组成
• 定义号码的方法使用四个位段

位段详解

a) 头文件：<linux/ioctl.h>

b) type(类型)

• i. 幻数（magic number）:选择系统中没有使用的号码，并在整个驱动程序中使用这个号码。

  ii. 8位宽度（_IOC_TYPEBITS）

  iii. 源码的/Document目录下magic-num.txt 记录了当前已经使用的幻数

c) number(号码)

i. 序数：8位宽度（_IOC_NRBITS）

d) direct(方向)

i. 如果该命令有数据传输。则它定义数据传输方向

• _IOC_NONE:没有传输方向

  _IOC_READ:

  _IOC_WRITE:

  _IOC_READ|_IOC_WRITE:双向传输

e) size(尺寸)

• i. 涉及数据的大小

  ii. 如果想要驱动可移植，则只能认为最大尺寸可达255字节

  iii. 如果驱动程序需要更大的尺度的数据传输，则可忽略这个字段

4.构造命令号码的宏

/*
 type：幻数
 nr：命令编号
*/
_IO(type,nr); //定义一个没有数据传输的命令号编号

/*
type：幻数
nr：命令编号
size：数据大小
*/
 _IOR(type,nr,size)：定义一个读数据的命令编号；从设备读取参数

 _IOW(type,nr,size)：定义一个写数据的命令编号；向设备写入参数
 _IOWR(type,nr,size)：定义一个可读可写的命名编号
 _IOC_DIR(nr)：获得命令编号中的数据传输方向
 _IOC_TYPE(nr)：获取命令编号中的幻数
 _IOC_NR(nr)：获取命令编号中的号码
 _IOC_SIZE(nr)：获取命令编号中的尺寸

5.例：

a) 新建控制文件：led_ioctl.h;编写一下代码

 #define LED_MAGIC ‘L’
 #define LED_ON _IOW(LED_MAGIC,1,int)
 #define LED_OFF _IOW(LED_MAGIC,0,int)

b) 引用头文件“led_ioctl.h”

c) 驱动程序在相应的文件中可以使用这些数据

代码架构：

static int xxx_ioctl(struct file* filp,unsigned int cmd,unsignend long arg)

    if(_IOC_TYPE(cmd) != xxx_IOC_MAGIC) /*驱动的幻数，我们在头文件中定义的*/
        return -ENOTTY;
    

    if(_IOC_NR(cmd) >= xxx_MAXNR)
    return -ENOTTY;
    

    switch(cmd)
    
    case LED_ON:

    处理；

    break;

    case LED_OFF:

    处理；

    break;

    default:
        return -ENOTTY;
    break;
    

应用程序测试

代码架构:

#include<fcntl.h>

#include<sys/ioctl.h>

#include  “led_ioctl.h”

/*

参数说明：

arg:参数个数（注意，在终端输入执行命令时已近占据0号参数，我们自己的 参数从1开始）

argv:参数内容

*/

int main(int arg,unsigned char* argv)



    int fd=0;

    int ret=0;

    /*处理终端传递过来的参数*/

    atio();//将终端输入的字符串转换成int型。

    fd = open(“驱动设备文件”，打开模式)；

    判断是否成功；

    /*更具需要调用读写，控制函数，这里调用ioctl()*/

    ret = ioctl(fd,cmd,...);

    close(fd);

LED 控制驱动程序设计

第一步：申明控制号，保存文件为 led_ioctl.h

#define LED_MAGIC 'L'

#define TURNON_LED _IOW(LED_MAGIC,1,int)

#define TURNOFF_LED _IOW(LED_MAGIC,0,int)

第二步：编写驱动

/**********************************************

作者：hntea

时间：2016/3/9

功能：led 字符设备驱动+ioctl

**********************************************/

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/fcntl.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/sched.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/ioctl.h>

#include <asm/io.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include "led_ioctl.h"

#define DEV_NAME "led"

#define MAJOR_NR 10

#define MINIR_NR 1

#define LED_ON 0x00000018

#define LED_OFF 0X00000000

#define CON_ADDR 0xE0200060

#define DAT_ADDR 0xE0200064

struct cdev led_dev; /*静态分配设备号*/

dev_t dev_nm; /*设备号*/


/*************************************************

函数名： led_hardinit 实现

函数参数：

函数功能：led硬件初始化

*************************************************/

static void led_hardinit(void)



    unsigned int  tmp = 0;

    unsigned int *led_config;



    /*找出物理地址对应的虚拟地址*/

    led_config = ioremap(CON_ADDR,4); /*该寄存器是32位数值*/

    /*读取当前寄存器状态*/

    #if 0

    tmp = ioread32(led_config);

    tmp &= (~(0x11 << 3));

    tmp |= (0x11 << 3);

    #endif

    tmp = 0x11000;

    /*寄存器设置写回*/

    iowrite32(tmp,led_config);



static void led_on(void)



    unsigned int *led_data;

    led_data = ioremap(DAT_ADDR,4);

    iowrite32(LED_ON,led_data);

    printk("revice cmd:ledon\\n");



static void led_off(void)



    unsigned int *led_data;

    led_data = ioremap(DAT_ADDR,4);

    iowrite32(LED_OFF,led_data);

    printk("revice cmd:ledoff\\n");





/*************************************************

函数名： file_operations 实现

函数参数：

函数功能：

*************************************************/

static int  led_open (struct inode *inode, struct file *fp)



int ret = 0;

/*led 打开时只需要初始化相关寄存器就够*/

led_hardinit();

return ret;





static int led_release (struct inode *inode, struct file *fp)



return 0;





static long led_ioctl(struct file *fp, unsigned int cmd, unsigned long arg)



    /*这里可以使用命令解析宏解析幻数再判断，使代码逻辑更严谨*/

    /*命令解析*/

    switch(cmd)
    

        case TURNON_LED:

        led_on();

        break;

        case TURNOFF_LED:

        led_off();

        break;

        default:

        return -ENOTTY;

        break;

    

return 0;



/*************************************************

函数名： led_write 实现

函数参数：

函数功能：向led设备文件写如数据

*************************************************/

static ssize_t led_write(struct file *fp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)


    unsigned char count_tmp = count ; /*获取写入字节数*/

    unsigned char led_sta[2]; /*用来存放两个led的状态*/

    int i = 0;

    memset(led_sta,0,2); /*数据清零*/

    if( count > 2)
        count_tmp = 2;
    

    /*将数据从用户空间复制到内核空间*/

    if(copy_from_user(led_sta,buf,count_tmp))
    return -EFAULT;else
    
        /*控制两个led的状态*/
        for(i=0;i<2;i++)
        
            /*读取当前led寄存器状态,严谨就要处理，防止数据破话而使系统奔溃*/
            if( led_sta[i] == '1' )
                led_on();
            else
                led_off();
            
        

    

    return 0;



struct file_operations ledfp=

    .owner = THIS_MODULE,

    .open = led_open,

    .write = led_write,

    .unlocked_ioctl = led_ioctl,

    .release = led_release,

;

struct cdev cdev=

    .owner = THIS_MODULE,

    .ops = &ledfp,

;



static int ledInit(void)


    int ret = 0;

    /*1.分配设备号，0是以该数字作为主设备号分配的起始，2是次设备号（用来标识设备的个数）*/

    if((ret = alloc_chrdev_region(&dev_nm, 0, 1,DEV_NAME))<0)
    
        printk("device num alloc err!\\n");
    

    /*2.分配设备结构;静态分配一个全局变量*/

    printk("led major number is %d\\n",MAJOR(dev_nm));

    printk("led minor number is %d\\n",MINOR(dev_nm));

    /*3.初始化设备结构*/

     cdev_init(&cdev, &ledfp);

    /*4.注册设备*/

     if((ret = cdev_add(&cdev,dev_nm, 1)) < 0) /*最后一个参数说明设备数*/

     

      printk("cdev add err!\\n");

     

     /*5.创建设备文件,现在使用 手工创建mknod*/

    //device_create();

     printk("led.ko insmod success!\\n");

    return 0;





static void ledexit(void)

    /*2.注销设备号，注销设备*/
    cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
    unregister_chrdev_region(dev_nm, 1); /*释放设备号*/
    printk("led device rmmod success!\\n");






MODULE_AUTHOR("hntea");

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(ledInit);

module_exit(ledexit);

加载驱动：手动创建 /dev/led 节点文件

mknod /dev/led c 主设备号 次设备号

第三步：编译测试应用

#include<sys/fcntl.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<sys/ioctl.h>

#include<stdio.h>

#include "led_ioctl.h"

#define DEVICE_FILE "/dev/led" 

int main(int arg,char **argv)



    int fd = 0 ;

    int cmd = 0;

    int ret = 0;

    /*解析传递进来的参数*/

    if(arg < 2)

    printf("Please input : <cmd>  <0/1>\\n");

    return -1;

    

    /*格式化*/

    cmd = atoi((argv[1]));

    /*设备操作*/

    if((fd  = open(DEVICE_FILE,O_RDWR))< 0)

    printf("File open err!\\n");

    

    switch(cmd)

    

        case 0:

        ret = ioctl(fd,TURNOFF_LED);

        break;

        case 1:

        ret = ioctl(fd,TURNON_LED);

        break;

        default:

        printf("Command er!\\n");

        return -1;

    

    close(fd);