嵌入式Linux的驅(qū)動編寫入門資料詳細說明

1.引言

很早之前就有網(wǎng)友建議寫一篇關(guān)于Linux驅(qū)動的文章。之所以拖到現(xiàn)在才寫，原因之一是我之前沒有在工作中遇到需要自己手動去寫驅(qū)動的需求，主要是現(xiàn)在Linux內(nèi)核驅(qū)動的支持已經(jīng)比較完善了，另外一個原因是自己水平實在有限，不敢寫驅(qū)動這個話題，Linux驅(qū)動里涉及到的東西太多了，很多年前專門買過驅(qū)動相關(guān)的書籍，厚厚的，看的云里霧里。借此機會，在這里給大家做個非常非常入門級的介紹，希望對大家有所幫助。

2.環(huán)境介紹

2.1.硬件

網(wǎng)上的一個第三方做的NUC972開發(fā)板，這里會用到板子上的MPU6050傳感器芯片，相關(guān)部分原理圖如下：

2.2.軟件

1) Uboot不需要改動

2) Kernel不需要改動

3) Rootfs不需要重新編譯

3.最簡單的驅(qū)動例子

第1步：編寫hello.c

#include #include static int __init hello_init(void) { printk(KERN_INFO "module init success\n"); return 0;} static void __exit hello_exit(void) { printk(KERN_INFO "module exit success\n");} module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("wuya");MODULE_DESCRIPTION("driver example");

這是一個簡單的內(nèi)核模塊程序，可以動態(tài)加載和卸載。模塊加載的時候系統(tǒng)會打印module init success，模塊卸載的時候系統(tǒng)會打印module exit success。

開頭的兩個頭文件，init.h 定義了驅(qū)動的初始化和退出相關(guān)的函數(shù)，module.h 定義了內(nèi)核模塊相關(guān)的函數(shù)、變量及宏。然后module_init和module_exit是模組加載和卸載相關(guān)的兩個函數(shù)，

第2步：編寫Makefile

obj-m := hello.oPWD := $(shell pwd)KDIR :=/home/topsemic/nuc972/kernel/NUC970_Linux_Kernel-master/all: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)clean: rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko *.symvers *.order *.a

注意：KDIR 取決于你自己Linux內(nèi)核安裝的位置，一定要設(shè)置正確，否則編譯會報錯。

第3步：編譯

將hello.c和Makefile放在同一路徑下進行編譯，輸入make即可。編譯成功后，會在當前路徑下生成hello.ko，這就是我們將要加載到內(nèi)核的模塊。

第4步：將生成的hello.ko放到板子上，然后登錄板子輸入：

insmod hello.ko

如果模塊加載成功的話，可以查看模塊加載情況，使用lsmod命令

并且可以查看內(nèi)核打印的消息，使用dmesg命令，

rmmod hello.ko，用來卸載模塊，使用dmesg命令可以看到相關(guān)輸出信息

4.MPU6050驅(qū)動

本章以板子上的MPU6050 傳感器為例，來介紹驅(qū)動的編寫。由于板子上使用的是PE10和PE11，它們不是真正的I2C引腳，所以這里我們使用GPIO來模擬I2C時序。編寫驅(qū)動前，首先需要下載被控制器件的datasheet，在官網(wǎng) 可以下載。

第1步：寫驅(qū)動文件，我們這里在驅(qū)動文件里放了三個文件，分別為mpu6050.c、mpu6050bsp.c和mpu6050bsp.h

其中mpu6050.c代碼如下：

#include"mpu6050bsp.h"int MPU6050_MAJOR = 0;int MPU6050_MINOR = 0;int NUMBER_OF_DEVICES = 2; struct class *my_class;struct cdev cdev;dev_t devno;/*************************************************************************************/ #define DRIVER_NAME "mpu6050"int mpu6050_open(struct inode *inode,struct file *filp){u8 reg;reg=InitMPU6050();printk("mpu6050:%d\n",reg);return nonseekable_open(inode,filp);}long mpu6050_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg){switch(cmd){default:return -2;}return 0;}int mpu6050_read(struct file *filp, char *buffer,size_t count, loff_t *ppos){mpu_get_data();return copy_to_user(buffer, mpu_data, 14);}int mpu6050_write(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos){return 0;}struct file_operations mpu6050_fops = {.owner = THIS_MODULE,.read = mpu6050_read,.write = mpu6050_write,.open = mpu6050_open,.unlocked_ioctl = mpu6050_ioctl,};/**************************************************************************************/static int __init mpu6050_init(void){ int result; devno = MKDEV(MPU6050_MAJOR, MPU6050_MINOR); if (MPU6050_MAJOR) result = register_chrdev_region(devno, 2, "mpu6050"); else { result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "mpu6050"); MPU6050_MAJOR = MAJOR(devno); } printk("MAJOR IS %d\n",MPU6050_MAJOR); my_class = class_create(THIS_MODULE,"mpu6050_class"); //類名為 if(IS_ERR(my_class)) { printk("Err: failed in creating class.\n"); return -1; } device_create(my_class,NULL,devno,NULL,"mpu6050"); //設(shè)備名為mpu6050 if (result<0) { printk (KERN_WARNING "hello: can't get major number %d\n", MPU6050_MAJOR); return result; } cdev_init(&cdev, &mpu6050_fops); cdev.owner = THIS_MODULE; cdev_add(&cdev, devno, NUMBER_OF_DEVICES); printk (KERN_INFO "mpu6050 driver Registered\n"); return 0;} static void __exit mpu6050_exit (void){ cdev_del (&cdev); device_destroy(my_class, devno); //delete device node under /dev//必須先刪除設(shè)備，再刪除class類 class_destroy(my_class); //delete class created by us unregister_chrdev_region (devno,NUMBER_OF_DEVICES); printk (KERN_INFO "char driver cleaned up\n");} module_init (mpu6050_init );module_exit (mpu6050_exit ); MODULE_LICENSE ("GPL");

上述代碼整體結(jié)構(gòu)和第3章介紹的hello.c類似，不過為了支持對字符設(shè)備的操作，多了open/write/read的幾個函數(shù)實現(xiàn)。

mpu6050bsp.c由于內(nèi)容較多，不把代碼貼到這里了，大家一看就明白了，它就是用gpio來模擬i2c功能，實現(xiàn)寄存器操作功能。mpu6050bsp.h主要是相關(guān)寄存器定義。

第2步：編譯，然后把ko文件放到板子，insmod mpu6050d.ko 。模塊如果加載成功，在/dev目錄下可以看到mpu6050的設(shè)備名出現(xiàn)。

第3步：寫個應(yīng)用程序mpu6050app.c，

#include #include #include #include short x_accel, y_accel, z_accel;short x_gyro, y_gyro, z_gyro;short temp;int main(){ char buffer[128]; short *value; int in, out; int nread; in = open("/dev/mpu6050", O_RDONLY); if (!in) { printf("ERROR: %d, Open /dev/mpu6050 failed.\n", -1); return -1; } nread = read(in, buffer, 12); close(in); if (nread < 0) { printf("ERROR: %d, A read error has occurred\n", nread); return -1; } value = (short*)buffer; x_accel = *(value); y_accel = *(value + 1); z_accel = *(value + 2); temp = *(value + 3); x_gyro = *(value + 4); y_gyro = *(value + 5); z_gyro = *(value + 6); printf("x accel is: %d \n", x_accel); printf("y accel is: %d \n", y_accel); printf("z accel is: %d \n", z_accel); printf("x gyro is: %d \n", x_gyro); printf("y gyro is: %d \n", y_gyro); printf("z gyro is: %d \n", z_gyro);printf("temperature is: %d \n", temp); exit(0);}

編譯arm-linux-gcc mpu6050app.c -o mpu6050app

第4步：將板子水平擺放朝上，運行例子結(jié)果如下，

我們來計算下z軸加速度和溫度的實際數(shù)值。

因為驅(qū)動里AFS_SEL寄存器設(shè)置的值是2，所以對應(yīng)量程8g。數(shù)字-32767對應(yīng)-8g，32767對應(yīng)8g。把32767除以8，就可以得到4096，即1g對應(yīng)的數(shù)值。把從加速度計讀出的數(shù)字除以4096，就可以換算成加速度的數(shù)值。上面我們從加速度計z軸讀到的數(shù)字是3723，那么對應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)是3723/4096≈0.91g。g為加速度的單位，重力加速度定義為1g, 等于9.8米每平方秒。由于桌上不是很平，加上傳感器自身誤差，所以這個值是合理的。

再看看溫度計算，從手冊中可以看到如下的計算公式

上述的-2352計算后得到溫度為29.6℃，注意這個溫度不是環(huán)境溫度，是芯片內(nèi)部的溫度，環(huán)境溫度會比這個值略低。

由于我是在北京，冬天屋里有暖氣，所以這個值也是合理的。

5.結(jié)束語

本期給大家介紹關(guān)于Linux驅(qū)動最簡單的使用，可以看到驅(qū)動開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)還是有很大的差異，驅(qū)動需要關(guān)注底層，需要深入的閱讀芯片的數(shù)據(jù)手冊，同時也得具備內(nèi)核的相關(guān)知識。市場上Linux應(yīng)用開發(fā)人員相對更多，真正懂驅(qū)動的人相對較少，大部分集中在芯片原廠公司。推薦大家在實際做產(chǎn)品時盡量選擇官方推薦的元器件，或者選擇可以提供Linux驅(qū)動的元器件，以降低開發(fā)難度。