嵌入式开发（七）：linux字符型设备驱动初步

Posted 2023-04-04

参考技术A 姓名：王芷若    学号：19020100180

学院：电子工程学院

【嵌牛导读】：本篇文章整理Linux知识点—Linux字符型设备驱动初步。

【嵌牛鼻子】：Linux设备类型，结构体，驱动模块

【嵌牛提问】：Linux设备有什么类型？关键函数有哪些？

【嵌牛内容】–linux字符型设备驱动初步

一、Linux字符设备驱动初步

1、Linux设备类型

（1）字符设备：只能一个字节一个字节的读写的设备，不能随机读取设备内存中的某一数据，读取数据需要按照先后顺序进行。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备如鼠标、键盘、串口、控制台、LED等。

（2）块设备：是指可以从设备的任意位置读取一定长度的数据设备。块设备如硬盘、磁盘、U盘和SD卡等存储设备。

（3）网络设备：网络设备比较特殊，不在是对文件进行操作，而是由专门的网络接口来实现。应用程序不能直接访问网络设备驱动程序。在/dev目录下也没有文件来表示网络设备。

2、开发流程

在这里插入图片描述

3、关键函数讲解（以2.6以下版本内核为例）

（1）驱动模块注册register_chrdev（）函数

原型：register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)；

major:主设备号，该值为 0 时，自动运行分配。而实际值不是 0 ；

name:设备名称；

fops:操作函数，实现驱动定义的open、read、write、close等内核函数与应用程序调用的open、read、write、close间的映射；

返回值：

major 值为 0 ，正常注册后，返回分配的主设备号。如果分配失败，返回 EBUSY 的负值 ( -EBUSY ) 。major 值若大于 linux/major.h (2.4内核)中声明的最大值 (#define MAX_CHRDEV 255) ，则返回EINVAL 的负值 (-EINVAL) 。指定 major 值后，若有注册的设备，返回 EBUSY 的负值 (-EBUSY)。若正常注册，则返回 0 值

（2）驱动注销unregister_chrdev（）函数

原型：

#include <linux.fs.h>

int unregister_chrdev (unsigned int major, const char *name)

变量：

major 主设备号

name 设备文件

返回值：

major 值若大于 linux/major.h (2.4 内核)中声明的最大值 (#define MAX_CHRDEV 255)，返回 EINVAL的负值 (-EINVAL)。指定了 major的值后，若将要注销的 major 值并不是注册的设备驱动程序，返回 EINVAL的负值 ( -EINVAL )。正常注销则返回 0值。

（3）File_operation结构体

file_operations结构是建立驱动程序和设备编号的连接，内部是一组函数指针，每个打开的文件，也就是file结构，和一组函数关联，这些操作主要用来实现系统调用的

struct file_operations

　　struct module *owner;//拥有该结构的模块的指针，一般为THIS_MODULES

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);//用来修改文件当前的读写位置

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);//从设备中同步读取数据

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);//向设备发送数据

ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);//初始化一个异步的读取操作

ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);//初始化一个异步的写入操作

　　int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);//仅用于读取目录，对于设备文件，该字段为NULL

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); //轮询函数，判断目前是否可以进行非阻塞的读写或写入

　　int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); //执行设备I/O控制命令

　　long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); //不使用BLK文件系统，将使用此种函数指针代替ioctl

　　long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); //在64位系统上，32位的ioctl调用将使用此函数指针代替

　　int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); //用于请求将设备内存映射到进程地址空间

　　int (*open) (struct inode *, struct file *); //打开

　　int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);

　　int (*release) (struct inode *, struct file *); //关闭

　　int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); //刷新待处理的数据

　　int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); //异步刷新待处理的数据

　　int (*fasync) (int, struct file *, int); //通知设备FASYNC标志发生变化

　　int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

　　ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);

　　unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);

　　int (*check_flags)(int);

　　int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);

　　ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);

　　ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);

　　int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);

;

i.MX6ULL驱动开发1——字符设备开发模板

之前的几篇文章（从i.MX6ULL嵌入式Linux开发1-uboot移植初探起)，介绍了嵌入式了Linux的系统移植（uboot、内核与根文件系统）以及使用MfgTool工具将系统烧写到板子的EMMC中。

本篇开始介绍嵌入式Linux驱动开发。

内容较多，先看目录：

 

文章目录

• 1 Linux驱动分类
• 2 Linux驱动基本原理
• • 2.1 Linux软件分层结构
  • 2.2 Linux内核驱动操作函数
  • 2.3 Linux驱动运行方式
  • 2.4 Linux设备号
  • • 2.4.1 设备号的组成
    • 2.4.2 主设备号的分配
• 3 字符设备驱动开发模板
• • 3.1 加载与卸载
  • 3.2 注册与注销
  • 3.3 实现设备的具体操作函数
  • 3.4 添加LICENSE和作者信息
• 4 字符设备驱动开发实验
• • 4.1 程序编写
  • • 4.1.1 编写驱动程序
    • 4.1.2 编写应用程序
  • 4.2 程序编译
  • • 4.2.1 编译驱动程序
    • 4.2.2 编译应用程序
  • 4.3 测试
  • • 4.3.1 创建驱动模块目录
    • 4.3.2 发送文件到开发板(TFTP传输)
    • 4.3.3 开始测试
    • 4.3.4 打印冲突问题规避
• 5 总结

 

1 Linux驱动分类

Linux中的外设驱动可以分为三大类：字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动。

• 字符设备驱动：字符设备是能够按照字节流（比如文件）进行读写操作的设备。字符设备最常见，从最简单的点灯到I2C、SPI、音频等都属于字符设备驱动
• 块设备驱动：以存储块为基础的设备驱动，如EMMC、NAND、SD卡等。对用户而言，字符设备与块设备的访问方式没有差别。
• 网络设备驱动：即网络驱动，它同时具有字符设备和块设备的特点，因为它是输入输出是有结构块的（报文，包，帧），但它的块的大小又不是固定的。

2 Linux驱动基本原理

在Linux中一切皆文件，驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件，应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。

比如最简单的点灯功能，会有/dev/led这样的驱动文件，应用程序使用open函数来打开文件/dev/led，如果要点亮或关闭led，那么就使用write函数写入开关值，如果要获取led的状态，就用read函数从驱动中读取相应的状态，使用完成以后使用close函数关闭/dev/led这个文件。

2.1 Linux软件分层结构

Linux软件从上到下可以分层4层结构，以控制LED为例：

• 应用层：应用程序使用库提供的open函数打开LED设备

• 库：库根据open函数传入的参数执行“swi”指令，进而引起CPU异常，进入内核

• 内核：内核的异常处理函数根据传入的参数找到对应的驱动程序，返回文件句柄给库，进而返回给应用层

• 应用层得到文件句柄后，使用库提供的write或ioctl发出控制指令

• 库根据write或ioctl函数传入的参数执行“swi”指令，进入内核

• 内核的异常处理函数根据传入的参数找到对应的驱动程序

• 驱动：驱动程序控制硬件，点亮LED

应用程序运行在用户空间，而Linux驱动属于内核的一部分，因此驱动运行于内核空间。当应用层通过open函数打开/dev/led 这个驱动时，因用户空间不能直接操作内核，因此会使用“系统调用”的方法来从用户空间“陷入”到内核空间，实现对底层驱动的操作。

比如应用程序调用了open这个函数，则在驱动程序中也应有一个对应的open的函数。

2.2 Linux内核驱动操作函数

每一个系统调用，在驱动中都有与之对应的一个驱动函数，在Linux内核文件include/linux/fs.h中有个file_operations结构体，就是Linux内核驱动操作函数集合：

struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	/*省略若干行...*/
};

其中有关字符设备驱动开发中常用的函数有：

• owner：拥有该结构体的模块的指针，一般设置为THIS_MODULE。
• llseek函数：用于修改文件当前的读写位置。
• read函数：用于读取设备文件。
• write函数：用于向设备文件写入(发送)数据。
• poll函数：是个轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写。
• unlocked_ioctl函数：提供对于设备的控制功能， 与应用程序中的 ioctl 函数对应。
• compat_ioctl函数：与 unlocked_ioctl功能一样，区别在于在 64 位系统上，32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl。
• mmap函数：用于将将设备的内存映射到进程空间中(也就是用户空间)，一般帧缓冲设备会使用此函数， 比如 LCD 驱动的显存，将帧缓冲(LCD 显存)映射到用户空间中以后应用程序就可以直接操作显存了，这样就不用在用户空间和内核空间之间来回复制。
• open函数：用于打开设备文件。
• release函数：用于释放(关闭)设备文件，与应用程序中的 close 函数对应。
• fasync函数：用于刷新待处理的数据，用于将缓冲区中的数据刷新到磁盘中。
• aio_fsync函数：与fasync功能类似，只是 aio_fsync 是异步刷新待处理的

2.3 Linux驱动运行方式

Linux 驱动有两种运行方式：

• 将驱动编译进Linux内核中， 这样当Linux内核启动的时候就会自动运行驱动程序。
• 将驱动编译成模块(扩展名为 .ko)， 在Linux内核启动以后使用“insmod”命令加载驱动模块。

在驱动开发阶段一般都将其编译为模块，不需要编译整个Linux代码，方便调试驱动程序。当驱动开发完成后，根据实际需要，可以选择是否将驱动编译进Linux内核中。

2.4 Linux设备号

2.4.1 设备号的组成

Linux中每个设备都有一个设备号，设备号由主设备号和次设备号两部分组成。

• 主设备号：表示某一个具体的驱动
• 次设备号：表示使用这个驱动的各个设备

Linux 提供了名为dev_t的数据类型表示设备号，其本质是32位的unsigned int数据类型，其中高12位为主设备号，低2 位为次设备号，因此Linux中主设备号范围为0~4095。

在文件include/linux/kdev_t.h中提供了几个关于设备号操作的宏定义：

#define MINORBITS     20 
#define MINORMASK     ((1U << MINORBITS) - 1) 

#define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS)) 
#define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK)) 
#define MKDEV(ma,mi)  (((ma) << MINORBITS) | (mi))

• MINORBITS：表示次设备号位数，一共20位
• MINORMASK：表示次设备号掩码
• MAJOR：用于从dev_t中获取主设备号，将dev_t右移20位即可
• MINOR：用于从dev_t中获取次设备号，取dev_t的低20位的值即可
• MKDEV：用于将给定的主设备号和次设备号的值组合成dev_t类型的设备号

2.4.2 主设备号的分配

主设备号的分配包括静态分配和动态分配

• 静态分配需要手动指定设备号，并且要注意不能与已有的重复，一些常用的设备号已经被Linux内核开发者给分配掉了，使用“cat /proc/devices”命令可查看当前系统中所有已经使用了的设备号。
• 动态分配是在注册字符设备之前先申请一个设备号，系统会自动分配一个没有被使用的设备号， 这样就避免了冲突。在卸载驱动的时候释放掉这个设备号即可。

设备号的申请函数：

/*
* dev：保存申请到的设备号
* baseminor：次设备号起始地址，一般baseminor为0 (次设备号以baseminor为起始地址地址开始递)
* count：要申请的设备号数量
* name：设备名字
*/
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) 

设备号的释放函数：

/*
* from：要释放的设备号
* count：表示从from开始，要释放的设备号数量
*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) 

3 字符设备驱动开发模板

3.1 加载与卸载

在编写驱动的时候需要注册模块加载和卸载这两种函数：

module_init(xxx_init);   //注册模块加载函数 
module_exit(xxx_exit);   //注册模块卸载函数 

• module_init()用来向Linux内核注册一个模块加载函数，参数xxx_init就是需要注册的具体函数，当使用 “insmod” 命令加载驱动的时候，xxx_init这个函数就会被调用。

• module_exit()用来向Linux内核注册一个模块卸载函数，参数xxx_exit就是需要注册的具体函数，当使
  用“rmmod”命令卸载具体驱动的时候 xxx_exit函数就会被调用。

字符设备驱动模块加载和卸载模板如下所示：

/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函数内容 */ 
	return 0; 
} 

/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/*出口函数内容*/ 
} 

/*指定为驱动的入口和出口函数 */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

驱动编译完成以后扩展名为.ko， 有两种命令可以加载驱动模块:

• insmod：最简单的模块加载命令，用于加载指定的.ko模块，此命令不能解决模块的依赖关系

• modprobe：该命令会分析模块的依赖关系，将所有的依赖模块都加载到内核中，因此更智能

  modprobe 命令默认会去/lib/modules/<kernel-version>目录中查找模块（自制的根文件系统没有这个目录，需要手动创建）

卸载驱动也有两种命令：

• rmmod：例如使用rmmod drv.ko来卸载 drv.ko这一个模块
• modprobe -r：该命令除了卸载指定的驱动，还卸载其所依赖的其他模块，若这些依赖模块还在被其它模块使用，就不能使用 modprobe来卸载驱动模块！！！

3.2 注册与注销

对于字符设备驱动而言，当驱动模块加载成功以后需要注册字符设备，同样，卸载驱动模块的时候也需要注销掉字符设备。

字符设备的注册函数原型如下所示:

/* func: register_chrdev 注册字符设备
* major:主设备号
* name:设备名字，指向一串字符串
* fops:结构体 file_operations 类型指针，指向设备的操作函数集合变量
*/
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops) 

字符设备的注销函数原型如下所示:

/* func: unregister_chrdev 注销字符设备
* majo:要注销的设备对应的主设备号 
* name:要注销的设备对应的设备名
*/
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name) 

一般字符设备的注册在驱动模块的入口函数 xxx_init 中进行，字符设备的注销在驱动模块的出口函数 xxx_exit 中进行。

static struct file_operations test_fops;

/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/* 入口函数具体内容 */ 
    int retvalue = 0; 
    /* 注册字符设备驱动 */ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*  字符设备注册失败, 自行处理 */ 
	} 
	return 0; 
} 

/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/* 注销字符设备驱动 */ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
} 

/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

3.3 实现设备的具体操作函数

file_operations 结构体就是设备的具体操作函数。

假设对chrtest这个设备有如下两个要求：

• 能够实现打开和关闭操作：需要实现 file_operations 中的open和release这两个函数
• 能够实现进行读写操作：需要实现 file_operations 中的read和write这两个函数

首先是 打开(open)、读取(read)、写入(write)、释放(release) 4个基本操作

/*打开设备*/ 
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*从设备读取*/ 
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*向设备写数据*/ 
static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*关闭释放设备*/ 
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	 /*用户实现具体功能*/ 
	return 0; 
} 

然后是 驱动的入口(init)和出口(exit) 函数:

/*文件操作结构体*/
static struct file_operations test_fops = { 
	.owner = THIS_MODULE,    
	.open = chrtest_open, 
	.read = chrtest_read, 
	.write = chrtest_write, 
	.release = chrtest_release, 
}; 

/*驱动入口函数*/ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函数具体内容*/ 
	int retvalue = 0; 

    /*注册字符设备驱动*/ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*字符设备注册失败*/ 
	} 
	return 0; 
}

/*驱动出口函数*/ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{
	/*注销字符设备驱动*/ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
}

/*指定为驱动的入口和出口函数*/ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

3.4 添加LICENSE和作者信息

LICENSE是必须添加的，否则编译时会报错，作者信息可加可不加。

MODULE_LICENSE()  //添加模块 LICENSE 信息 
MODULE_AUTHOR()   //添加模块作者信息

总结一下：

4 字符设备驱动开发实验

下面以正点原子提供的教程中的chrdevbase这个虚拟设备为例，完整的编写一个字符设备驱动模块。chrdevbase不是实际存在的一个设备，只是为了学习字符设备的开发的流程。

4.1 程序编写

需要分别编写驱动程序和应用程序。

4.1.1 编写驱动程序

• 一些定义

#define CHRDEVBASE_MAJOR	200				/*主设备号*/
#define CHRDEVBASE_NAME		"chrdevbase" 	/*设备名*/

static char readbuf[100];		/*读缓冲区*/
static char writebuf[100];		/*写缓冲区*/
static char kerneldata[] = {"kernel data!"}; /*内核驱动中的数据，用来测试应用程序读取该数据*/

• 打开、关闭、读取、写入

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase open!\\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 从设备读取数据 
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt 	: 要读取的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
 */
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
	
	/* 向用户空间发送数据 */
	memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
    
	retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel senddata ok!\\n");
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel senddata failed!\\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase read!\\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
    
	/* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
	retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata:%s\\n", writebuf);
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata failed!\\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase write!\\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 关闭/释放设备
 * @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase release！\\n");
	return 0;
}

• 驱动加载与注销

/*
 * 设备操作函数结构体
 */
static struct file_operations chrdevbase_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,	
	.open = chrdevbase_open,
	.read = chrdevbase_read,
	.write = chrdevbase_write,
	.release = chrdevbase_release,
};

/*
 * @description	: 驱动入口函数 
 * @param 		: 无
 * @return 		: 0 成功;其他 失败
 */
static int __init chrdevbase_init(void)
{
	int retvalue = 0;

	/* 注册字符设备驱动 */
	retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &chrdevbase_fops);
	if(retvalue < 0)
    {
		printk("[BSP] chrdevbase driver register failed\\n");
	}
	printk("[BSP] chrdevbase init!\\n");
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
	printk("[BSP] chrdevbase exit!\\n");
}

/*将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数*/
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);

• 最后的LIENSE与作者

/*LICENSE和作者信息*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai & xxpcb"); //本篇的程序代码在“正点原子”左大神提供的代码上进行修改

4.1.2 编写应用程序

这里把程序截取为3段分析，首先看开头：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

static char usrdata[] = {"usr data!"}; /*应用程序中的数据，用于测试通过驱动访问写入内核*/

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	char readbuf[100], writebuf[100];

	if(argc != 3)
    {
		printf("[APP] Error Usage!\\n");
		return -1;
	}

    //参数1是驱动的文件名，用来指定驱动的位置
	filename = argv[1];

	//【1】打开驱动文件
	fd  = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0)
    {
		printf("[APP] Can\'t open file %s\\n", filename);
		return -1;
	}
    printf("[APP] open file: \'%s\' success\\n", filename);

主要是一些头文件和main函数入口，调用main函数时需要传入2个参数（实际是3个参数，函数名本身是默认的第0个参数，不需要手动指定），具体作用为：

• 参数0：argv[0]，函数名本身，这里不作用途
• 参数1：argv[1]，filename，这里不作用途
• 参数2：argv[2]，自定义的操作参数，下面函数会讲到，1为从驱动文件中读取，2为向驱动文件中写入数据

再来看具体操作：

    //【2】从驱动文件读取数据
	if(atoi(argv[2]) == 1)//参数1表示【读取】内核中的数据
    { 
		retvalue = read(fd, readbuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] read file \'%s\' failed!\\n", filename);
		}
        else
        {
			/* 读取成功，打印出读取成功的数据 */
			printf("[APP] read data:%s\\n",readbuf);
		}
	}
    //【3】向设备驱动写数据
	if(atoi(argv[2]) == 2)//参数2表示向内核中【写入】数据
    {
		memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
		retvalue = write(fd, writebuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] write file %s failed!\\n", filename);
		}
        else
        {
            printf("[APP] write data:\'%s\' to file ok\\n", writebuf);
        }
	}

最后是关闭设备：

	//【4】关闭设备
	retvalue = close(fd);
	if(retvalue < 0)
    {
		printf("[APP] Can\'t close file %s\\n", filename);
		return -1;
	}
	printf("[APP] close file ok\\r\\n");

	return 0;
}

关闭即表示不再使用该设备了（若要再使用则重新打开即可），通过关闭驱动文件来实现字符设备驱动的关闭。

4.2 程序编译

4.2.1 编译驱动程序

编译驱动，即编译chrdevbase.c这个文件为.ko 模块，使用Makefile来编译，先创建Makefile：

KERNELDIR := /home/xxpcb/myTest/imx6ull/kernel/nxp_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrdevbase.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

各行含义：

• KERNELDIR：开发板所使用的Linux内核源码目录
• CURRENT_PATH：当前路径，通过运行“pwd”命令获取
• obj-m：将 chrdevbase.c 这个文件编译为chrdevbase.ko模块
• 具体的编译命令：后面的modules表示编译模块，-C 表示切换工作目录到KERNERLDIR目录，M表示模块源码目录

输入“make”命令即可编译，编译后会出现许多编译文件

4.2.2 编译应用程序

编译应用程序不需要内核文件参与，只有一个文件就能编译，因此直接输入指令进行编译：

arm-linux-gnueabihf-gcc chrdevbaseApp.c -o chrdevbaseApp

编译会生chrdevbaseApp，它是32位LSB格式的ARM版本可执行文件

4.3 测试

上一篇文章（i.MX6ULL嵌入式Linux开发6-系统烧写到eMMC与遇到的坑！）已经实现了系统移植的打包烧录工作，系统已经烧录的EMMC中了。这次我们就直接在这个基础上进行实验。

4.3.1 创建驱动模块目录

加载驱动模块，使用的modprobe命令，会从特定的目录下寻找文件。比如开发板使用的是4.1.15版的Linux内核 ，则是“/lib/modules/4.1.15”这个目录，这个目录一般是没有的，需要根据Linux内核的版本自己创建。

注意这是开发板的文件系统中的路径，可以通过串口连接进入开发板，通过linux指令创建该目录。

4.3.2 发送文件到开发板(TFTP传输)

此次测试首先需要将ubuntu中编译的文件传输到板子中运行，怎么传输呢？可以使用TFTP传输服务。

在之前的文章（i.MX6ULL嵌入式Linux开发2-uboot移植实践）中已经介绍了如何在ubuntu中搭建TFTP服务器。

搭建好TFTP服务后，开始传输文件到开发板具体的传输步骤为：

• 开发板连接网线，与ubuntu虚拟机处于同一局域网内

• 确保ubuntu已安装的TFTP服务，并设置了TFTP服务文件夹

• 将ubuntu中编译好的文件复制到ubuntu的TFTP服务文件夹中！！！

  mv chrdevbaseApp ~/myTest/tftpboot/
  mv chrdevbase.ko ~/myTest/tftpboot/
  

  注：编译完程序，在传输到板子之前，一定要记得把文件先复制到TFTP文件夹中，否则板子获取到的可能是TFTP文件夹中的旧文件。

• 开发板的串口中通过如下指令来将ubuntu中的文件传输到开发板中

  cd /lib/modules/4.1.15   /*确保在要下载文件的目录中，若已在，则忽略*/
  tftp -g -r chrdevbaseApp 192.168.5.101 /*获取chrdevbaseApp文件*/
  tftp -g -r chrdevbase.ko 192.168.5.101 /*获取chrdevbase.ko文件*/
  

  这里的-g代表get，即下载文件，-r代表remote file，即远程主机的文件名，然后是要下载的文件名，最后的远程主机ubuntu的IP地址。

  输入该指令后，可以看到文件传输进度，如下图：

4.3.3 开始测试

驱动文件chrdevbase.ko和应用文件chrdevbaseApp传输到板子中的/lib/modules/4.1.15目录后，就可以测试了。

首先使用insmod命令来加载驱动，然后使用lsmod查看当前的驱动（只有一个我们刚加载的字符驱动），再使用使用cat指令查看devices 信息，确认系统中是否已经列举了该设备，3条指令如下：

insmod chrdevbase.ko 
lsmod
cat /proc/devices 

具体是输出信息：

可以看出，系统中存在chrdevbase设备，主设备号为程序中设定的200。

驱动加载后，还要在/dev目录下创建一个对应的设备节点文件（应用程序就是通过该节点文件实现对设备的操作）。

输入如下2条命令创建/dev/chrdevbase这个设备节点文件，并查看结果：

mknod /dev/chrdevbase c 200 0 
ls /dev/chrdevbase -l

至此，字符设备驱动已经加载完成，可以测试我们的应用程序了，也就是读和写：

按照上面程序的设定，1是读，2是写：

./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 1  
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 2

• 先来看“读测试”，注意要给chrdevbaseApp可执行的权限，否则无法运行。

图中下部是程序输出信息，但似乎只有BSP驱动程序的的输出，没有APP应用程序的输出，应该是内核打印printk与应用的打印printf冲突了，导致APP的打印被挤掉了。

• 再来看“写测试’’，同样也是只有BSP的打印

4.3.4 打印冲突问题规避

对于打印冲突问题，我们可以先在每个printf前后加个sleep(1)的1秒延时，这样可以先避免打印冲突。

增加延时后再次测试，打印正常：

测试完，最后是rmmod命令卸载模块：

5 总结

本篇介绍了嵌入式Linux驱动开发中的基础驱动——字符驱动开发的基本模式，使用了一个虚拟的字符设备驱动进行测试，了解驱动程序与应用程序之间的调用关系。