基于i.MX6ULL的新字符设备驱动模板

这个系列好久没写了，本来写了一千来字的，后来直接全删了，看到的资料基本都是局部到整体，给人一种牵制的感觉，现在就换个写法，从整体到局部的反向学习，毕竟本人也是初学者，适当根据实际切换学习方法很重要！

|照芦花飘

对于新学的知识啥也不懂，先复制过来试着跑起来看看效果！

1、复制一份上次字符驱动的文件，然后使用VSCode打开，把原子公开资料中的.vscode文件夹复制过来！

2、修改一下.vscode中的json文件！

3、编写驱动代码和应用代码！

chrdevbase.c文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


#define CHRDEVBASE_CNT      1    /* 设备号个数 */
#define CHRDEVBASE_NAME   "chrdevbase"  /* 名字 */


/* chrdevbase 设备结构体 */
struct newchr_dev{
  dev_t devid;       /* 设备号 */
  struct cdev cdev;     /* cdev */
  struct class *class;   /* 类 */
  struct device *device;   /* 设备 */
  int major;         /* 主设备号 */
  int minor;         /* 次设备号 */
};


struct newchr_dev chrdevbase;/* 自定义字符设备 */


/*
 * @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!
");
  filp->private_data = &chrdevbase; /* 设置私有数据 */
  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)
{
  printk("chrdevbase read!
");
  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)
{
  printk("chrdevbase write!
");
  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]release!
");
  return 0;
}


/*
 * 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)
{
  /* 注册字符设备驱动 */
  /* 1、创建设备号 */
  if (chrdevbase.major) { /* 定义了设备号 */
    chrdevbase.devid = MKDEV(chrdevbase.major, 0);
    register_chrdev_region(chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT, CHRDEVBASE_NAME);
  } else { /* 没有定义设备号 */
    alloc_chrdev_region(&chrdevbase.devid, 0, CHRDEVBASE_CNT,CHRDEVBASE_NAME); /* 申请设备号 */
    chrdevbase.major = MAJOR(chrdevbase.devid); /* 获取主设备号 */
    chrdevbase.minor = MINOR(chrdevbase.devid); /* 获取次设备号 */
  }
  printk("newcheled major=%d,minor=%d
",chrdevbase.major,chrdevbase.minor);


  /* 2、初始化 cdev */
  chrdevbase.cdev.owner = THIS_MODULE;
  cdev_init(&chrdevbase.cdev, &chrdevbase_fops);


  /* 3、添加一个 cdev */
  cdev_add(&chrdevbase.cdev, chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT);


  /* 4、创建类 */
  chrdevbase.class = class_create(THIS_MODULE, CHRDEVBASE_NAME);
  if (IS_ERR(chrdevbase.class)) {
    return PTR_ERR(chrdevbase.class);
  }


  /* 5、创建设备 */
  chrdevbase.device = device_create(chrdevbase.class, NULL,chrdevbase.devid, NULL, CHRDEVBASE_NAME);
  if (IS_ERR(chrdevbase.device)) {
    return PTR_ERR(chrdevbase.device);
  }


  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 */
  cdev_del(&chrdevbase.cdev);/* 删除 cdev */
  unregister_chrdev_region(chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT);/* 注销设备号 */


  device_destroy(chrdevbase.class, chrdevbase.devid);/* 销毁设备 */
  class_destroy(chrdevbase.class);/* 销毁类 */


  printk("[BSP]chrdevbase exit!
");
}


/* 
 * 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);


/* 
 * LICENSE和作者信息
 */
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

chrdevbaseApp.c文件

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


/*
 * @description    : main主程序
 * @param - argc   : argv数组元素个数
 * @param - argv   : 具体参数
 * @return       : 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
  int fd, retvalue;
  char *filename;


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


  filename = argv[1];


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


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


  return 0;
}

4、编译驱动和应用！

//编译驱动
make
// 编译应用
arm-linux-gnueabihf-gcc chrdevbaseApp.c -o chrdevbaseApp

5、把编译后的文件复制到根文件中！

6、加载驱动！

// 加载驱动
insmod chrdevbase.ko

7、测试驱动！

//读
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 1
// 写
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 2

| 细节剖析

新字符驱动和旧字符驱动最大的区别不知道各位有没看出来，就是不用创建设备节点文件和指定设备号，通过系统自动分配就不容易发生冲突，所以学习新字符驱动的第一步先看创建设备号的方式：

相关函数API：

// 如果没有指定设备号的话就使用如下函数来申请设备号：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
// 如果给定了设备的主设备号和次设备号就使用如下所示函数来注册设备号即可：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
//不管是通过alloc_chrdev_region函数还是register_chrdev_region函数申请的设备号，统一使用如下释放函数:
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

参数 from 是要申请的起始设备号，也就是给定的设备号；参数 count 是要申请的数量，一般都是一个；参数 name 是设备名字。

第二步再看字符设备结构

在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备，cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中的定义如下：

struct cdev {
  struct kobject kobj;
  struct module *owner;
  const struct file_operations *ops;
  struct list_head list;
  dev_t dev;
  unsigned int count;
};

在 cdev 中有两个重要的成员变量：ops 和 dev，这两个就是字符设备文件操作函数集合file_operations 以及设备号 dev_t。编写字符设备驱动之前需要定义一个 cdev 结构体变量，这个变量就表示一个字符设备，如上图第29行；

定义好 cdev 变量以后就要使用 cdev_init 函数对其进行初始化，cdev_init 函数原型如下：

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

参数 cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量，参数 fops 就是字符设备文件操作函数集合。

cdev_add 函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)，首先使用 cdev_init 函数完成对 cdev 结构体变量的初始化，然后使用 cdev_add 函数向 Linux 系统添加这个字符设备。cdev_add 函数原型如下：

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

参数 p 指向要添加的字符设备(cdev 结构体变量)，参数 dev 就是设备所使用的设备号，参数 count 是要添加的设备数量。

卸载驱动的时候一定要使用 cdev_del 函数从 Linux 内核中删除相应的字符设备，cdev_del函数原型如下：

void cdev_del(struct cdev *p)

参数 p 就是要删除的字符设备。 mdev 机制

在Linux下通过udev来实现设备文件的自动创建与删除。使用busybox构建根文件系统的时候，busybox会创建一个udev的简化版本mdev。


所以，在嵌入式开发中使用mdev来实现设备节点文件的自动创建与删除。Linux系统中的热插拔事件也由mdev 管理，在/etc/init.d/rcS 文件中如下语句：


echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

第三步看类

自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在 cdev_add 函数后面添加自动创建设备节点相关代码。首先要创建一个 class 类，class 是个结构体，定义在文件include/linux/device.h 里面。class_create 是类创建函数，class_create 是个宏定义，内容如下：

#define class_create(owner, name) 
({ 
  static struct lock_class_key __key; 
  __class_create(owner, name, &__key); 
})


structclass*__class_create(structmodule*owner,constchar*name,structlock_class_key*key)

将宏 class_create 展开以后内容如下：

struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)

class_create 一共有两个参数，参数 owner 一般为 THIS_MODULE，参数 name 是类名字。返回值是个指向结构体 class 的指针，也就是创建的类。 卸载驱动程序的时候需要删除掉类，类删除函数为 class_destroy，函数原型如下：

void class_destroy(struct class *cls);

参数 cls 就是要删除的类。 第四步看创建设备

节创建好类以后还不能实现自动创建设备节点，还需要在这个类下创建一个设备。使用 device_create 函数在类下面创建设备，device_create 函数原型如下：

struct device *device_create(struct class *class, 
  struct device *parent,
  dev_t devt, 
  void *drvdata, 
  const char *fmt, ...)

device_create 是个可变参数函数，参数 class 就是设备要创建哪个类下面；参数 parent 是父设备，一般为 NULL，也就是没有父设备；参数 devt 是设备号；参数 drvdata 是设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL；参数 fmt 是设备名字，如果设置 fmt=xxx 的话，就会生成/dev/xxx这个设备文件。返回值就是创建好的设备。 卸载驱动的时候需要删除掉创建的设备，设备删除函数为 device_destroy，函数原型如下：

void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)

参数 class 是要删除的设备所处的类，参数 devt 是要删除的设备号。 第五步看注销

初始化的时候创建了啥，注销设备的时候就需要销毁初始化创建的东西，注意注销的顺序是有要求的，不能谁便颠倒顺序！ | 特别说明 每个硬件设备都有一些属性，比如主设备号(dev_t)，类(class)、设备(device)、开关状态(state)等等，在编写驱动的时候你可以将这些属性全部写成变量的形式不是很合理的，这时候就可以设置文件私有数据！

审核编辑：汤梓红