i.MX6ULL驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)2—新字符設(shè)備開(kāi)發(fā)模板

上篇文章介紹了字符設(shè)備的開(kāi)發(fā)模板，但那是一種舊版本的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模式，設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要手動(dòng)分配設(shè)備號(hào)再使用 register_chrdev進(jìn)行注冊(cè)，加載成功以后還需要手動(dòng)使用mknod命令創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)，比較麻煩。

目前Linux內(nèi)核推薦的新字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)API函數(shù)，使得驅(qū)動(dòng)的使用更加自動(dòng)化，本篇就來(lái)一起研究下。

1 舊字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的弊端

使用register_chrdev函數(shù)注冊(cè)字符設(shè)備，需要指定一個(gè)設(shè)備號(hào)，這就造成：

需要事先確定好哪些主設(shè)備號(hào)沒(méi)有使用

會(huì)將一個(gè)主設(shè)備號(hào)下的所有次設(shè)備號(hào)都使用掉，比如主設(shè)備號(hào)為200，那么 0~1048575(2^20-1)這個(gè)區(qū)間的次設(shè)備號(hào)就全部都被占用了

回顧上一篇的操作，先是加載驅(qū)動(dòng)：

加載完，還有手動(dòng)使用mknod指令來(lái)手動(dòng)創(chuàng)建該設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并且指定驅(qū)動(dòng)程序中寫(xiě)死的設(shè)備號(hào)：

本篇，就要使用一種新的字符驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備號(hào)的自動(dòng)分配，省去mknod指令操作。

2 新字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)原理

2.1 分配和釋放設(shè)備號(hào)

使用設(shè)備號(hào)的時(shí)候向Linux內(nèi)核申請(qǐng)，需要幾個(gè)就申請(qǐng)幾個(gè)，由Linux內(nèi)核分配設(shè)備可以使用的設(shè)備號(hào)。

使用如下函數(shù)來(lái)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)（該函數(shù)在上篇提到過(guò)）：

/*
* dev：保存申請(qǐng)到的設(shè)備號(hào)
* baseminor：次設(shè)備號(hào)起始地址，一般baseminor為0 (次設(shè)備號(hào)以baseminor為起始地址地址開(kāi)始遞)
* count：要申請(qǐng)的設(shè)備號(hào)數(shù)量
* name：設(shè)備名字
*/
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) 

如果給定了設(shè)備的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)就使用如下所示函數(shù)來(lái)注冊(cè)設(shè)備號(hào)即可：

/*
* from：要申請(qǐng)的起始設(shè)備號(hào)
* count：要申請(qǐng)的設(shè)備號(hào)數(shù)量
* name：設(shè)備名字
*/
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) 

注銷(xiāo)字符設(shè)備之后要釋放設(shè)備號(hào)，不管是通過(guò)alloc_chrdev_region函數(shù)的動(dòng)態(tài)分配還是register_chrdev_region函數(shù)手動(dòng)指定的設(shè)備號(hào)，統(tǒng)一使用(和上篇使用的一樣)的釋放函數(shù)：

/*
* from：要釋放的設(shè)備號(hào)
* count：表示從from開(kāi)始，要釋放的設(shè)備號(hào)數(shù)量
*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) 

新字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)下，設(shè)備號(hào)分配示例代碼如下：

int major;      /*主設(shè)備號(hào)*/ 
int minor;      /*次設(shè)備號(hào)*/ 
dev_t devid;    /*設(shè)備號(hào)*/ 

/*定義了主設(shè)備號(hào)*/
if (major)       
{
   devid = MKDEV(major, 0);    /*大部分驅(qū)動(dòng)次設(shè)備號(hào)都選擇0*/ 
   register_chrdev_region(devid, 1, "test"); 
} 
/*沒(méi)有定義設(shè)備號(hào)*/ 
else 
{                         
   alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test");  /*申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)*/ 
   major = MAJOR(devid);       /*獲取分配號(hào)的主設(shè)備號(hào)*/ 
   minor = MINOR(devid);       /*獲取分配號(hào)的次設(shè)備號(hào)*/ 
}

2.2 字符設(shè)備注冊(cè)

2.2.1 cdev字符設(shè)備結(jié)構(gòu)

在Linux中使用cdev結(jié)構(gòu)體表示一個(gè)字符設(shè)備，其定義在include/linux/cdev.h文件中：

struct cdev { 
    struct kobject               kobj; 
    struct module                *owner; 
    const struct file_operations *ops;  /*文件操作函數(shù)集合*/
    struct list_head             list; 
    dev_t                        dev;   /*設(shè)備號(hào)*/              
    unsigned int                 count; 
};

2.2.2 cdev_init 函數(shù)

定義好cdev變量以后就要使用cdev_init函數(shù)對(duì)其進(jìn)行初始化:

/*
* cdev：要初始化的cdev結(jié)構(gòu)體變量
* fops：字符設(shè)備文件操作函數(shù)集合
*/
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops) 

該函數(shù)的使用示例如下：

/*要初始化的cdev結(jié)構(gòu)體*/
struct cdev testcdev; 

/* 設(shè)備操作函數(shù) */ 
static struct file_operations test_fops = { 
   .owner = THIS_MODULE, 
   /* 其他具體的初始項(xiàng) */ 
}; 

testcdev.owner = THIS_MODULE;

/* 初始化cdev*/ 
cdev_init(&testcdev, &test_fops); 

2.2.3 cdev_add函數(shù)

該函數(shù)用于向Linux系統(tǒng)添加字符設(shè)備，即cdev結(jié)構(gòu)體變量：

/*
* cdev：要初始化的cdev結(jié)構(gòu)體變量
* dev：字符設(shè)備所使用的設(shè)備號(hào)
* count：要添加的設(shè)備數(shù)量
*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count) 

2.2.4 cdev_del函數(shù)

卸載驅(qū)動(dòng)的時(shí)候要使用cdev_del函數(shù)從Linux內(nèi)核中刪除字符設(shè)備:

/*
* p：要?jiǎng)h除的字符設(shè)備
*/
void cdev_del(struct cdev *p)

2.3 自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)

上篇的Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，在使用modprobe加載驅(qū)動(dòng)程序以后還需要使用“mknod”命令手動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)，比較麻煩，這里就來(lái)研究一下如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

2.3.1 mdev機(jī)制

在Linux下通過(guò)udev來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備文件的自動(dòng)創(chuàng)建與刪除。使用busybox構(gòu)建根文件系統(tǒng)的時(shí)候，busybox會(huì)創(chuàng)建一個(gè)udev的簡(jiǎn)化版本mdev。

所以，在嵌入式開(kāi)發(fā)中使用mdev來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件的自動(dòng)創(chuàng)建與刪除。Linux系統(tǒng)中的熱插拔事件也由mdev 管理，在/etc/init.d/rcS 文件中如下語(yǔ)句：

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

2.3.2 創(chuàng)建和刪除類(lèi)

自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)的工作是在驅(qū)動(dòng)程序的入口函數(shù)中完成的，一般在cdev_add函數(shù)后面添 加自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)相關(guān)代碼。

首先要創(chuàng)建一個(gè)class類(lèi)，其實(shí)是個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義在include/linux/device.h里面。class_create是類(lèi)創(chuàng)建函數(shù)(宏定義):

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

struct class *__class_create(struct module *owner, 
                             const char *name, 
                             struct lock_class_key *key) 

卸載驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候需要使用函數(shù)為class_destroy刪除掉類(lèi)：

/*
* cls：要?jiǎng)h除的類(lèi)
*/
void class_destroy(struct class *cls); 

2.3.3 創(chuàng)建設(shè)備

創(chuàng)建好類(lèi)以后還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)，還需要在這個(gè)類(lèi)下創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備。使用device_create函數(shù)創(chuàng)建設(shè)備:

/*
* class：設(shè)備要?jiǎng)?chuàng)建哪個(gè)類(lèi)下面
* parent：父設(shè)備, 一般為 NULL
* devt：設(shè)備號(hào)
* drvdata：設(shè)備可能會(huì)使用的一些數(shù)據(jù),一般為 NULL
* fmt：設(shè)備名字
*/
struct device *device_create(struct clas *class,  
                             struct device *parent,  
                             dev_t devt,  
                             void *drvdata,  
                             const char *fmt, ...) 

參數(shù)最后的...表示這在是一個(gè)可變參數(shù)的函數(shù)。

2.4 設(shè)置文件私有數(shù)據(jù)

每個(gè)硬件設(shè)備都有一些屬性， 比如主設(shè)備號(hào)(dev_t)，類(lèi)(class)、設(shè)備(device)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)(state)等等，在編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候你可以將這些屬性全部寫(xiě)成變量的形式:

 dev_t         devid;     /*設(shè)備號(hào)*/ 
struct cdev   cdev;      /*cdev*/ 
struct class  *class;    /*類(lèi)*/ 
struct device *device;   /*設(shè)備*/ 
int           major;     /*主設(shè)備號(hào)*/ 
int           minor;     /*次設(shè)備號(hào)*/ 

可以將所有屬性信封裝到結(jié)構(gòu)體中， 并在編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)open函數(shù)的時(shí)候?qū)⑵渥鳛樗接袛?shù)據(jù)添加到設(shè)備文件中：

/*設(shè)備結(jié)構(gòu)體*/ 
struct test_dev{ 
    dev_t         devid;     /*設(shè)備號(hào)*/ 
    struct cdev   cdev;      /*cdev*/ 
    struct class  *class;    /*類(lèi)*/ 
    struct device *device;   /*設(shè)備*/ 
    int           major;     /*主設(shè)備號(hào)*/ 
    int           minor;     /*次設(shè)備號(hào)*/ 
}; 

struct test_dev testdev; 

/*open函數(shù)*/ 
static int test_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
    filp->private_data = &testdev; /*設(shè)置私有數(shù)據(jù)*/ 
    return 0; 
} 

3 驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)

在上篇的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，因?yàn)橹皇歉鼡Q的驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)方式，與應(yīng)用程序無(wú)關(guān)，因此只修改驅(qū)動(dòng)程序即可。

3.1 添加一些定義

因?yàn)樯掀恼碌拇a中使用的是chrdevbase這個(gè)名稱(chēng)，為了減少修改量，這里僅把結(jié)構(gòu)體類(lèi)型定義為帶有new標(biāo)志的newchr_dev，變量名仍使用chrdevbase這個(gè)名稱(chēng)。

#define CHRDEVBASE_CNT			1		/* 設(shè)備號(hào)個(gè)數(shù) */
#define CHRDEVBASE_NAME	 "chrdevbase"	/* 名字 */

/*newchr設(shè)備結(jié)構(gòu)體 */
struct newchr_dev{
	dev_t         devid;	/* 設(shè)備號(hào)   */
	struct cdev   cdev;		/* cdev     */
	struct class  *class;	/* 類(lèi)       */
	struct device *device;	/* 設(shè)備     */
	int           major;	/* 主設(shè)備號(hào) */
	int           minor;	/* 次設(shè)備號(hào) */
};

struct newchr_dev chrdevbase; /* 自定義字符設(shè)備 */

3.2 修改open函數(shù)

在上篇程序的基礎(chǔ)上增加了一條“設(shè)置私有數(shù)據(jù)”

static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("chrdevbase open!\r\n");
    filp->private_data = &chrdevbase; /* 設(shè)置私有數(shù)據(jù) */
	return 0;
}

3.3 修改init函數(shù)

這個(gè)修改比較大，因?yàn)橐趇nit函數(shù)中使用設(shè)備號(hào)的自動(dòng)分配。

static int __init chrdevbase_init(void)
{
    /* 注冊(cè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng) */
	/* 1、創(chuàng)建設(shè)備號(hào) */
	if (chrdevbase.major) /* 定義了設(shè)備號(hào) */
    {
		chrdevbase.devid = MKDEV(chrdevbase.major, 0);
		register_chrdev_region(chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT, CHRDEVBASE_NAME);
	} 
    else /* 沒(méi)有定義設(shè)備號(hào) */
    {
		alloc_chrdev_region(&chrdevbase.devid, 0, CHRDEVBASE_CNT, CHRDEVBASE_NAME);	/* 申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào) */
		chrdevbase.major = MAJOR(chrdevbase.devid);	/* 獲取分配號(hào)的主設(shè)備號(hào) */
		chrdevbase.minor = MINOR(chrdevbase.devid);	/* 獲取分配號(hào)的次設(shè)備號(hào) */
	}
	printk("chrdevbase major=%d,minor=%d\r\n",chrdevbase.major, chrdevbase.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	chrdevbase.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&chrdevbase.cdev, &chrdevbase_fops);
	
	/* 3、添加一個(gè)cdev */
	cdev_add(&chrdevbase.cdev, chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT);

	/* 4、創(chuàng)建類(lèi) */
	chrdevbase.class = class_create(THIS_MODULE, CHRDEVBASE_NAME);
	if (IS_ERR(chrdevbase.class)) 
    {
		return PTR_ERR(chrdevbase.class);
	}

	/* 5、創(chuàng)建設(shè)備 */
	chrdevbase.device = device_create(chrdevbase.class, NULL, chrdevbase.devid, NULL, CHRDEVBASE_NAME);
	if (IS_ERR(chrdevbase.device)) 
    {
		return PTR_ERR(chrdevbase.device);
	}
    
	printk("chrdevbase init done!\r\n");
	return 0;
}

3.4 修改exit函數(shù)

因?yàn)閕nit修改較大，對(duì)應(yīng)的exit也要進(jìn)行大的修改：

static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
    /* 注銷(xiāo)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng) */
	cdev_del(&chrdevbase.cdev);/*  刪除cdev */
	unregister_chrdev_region(chrdevbase.devid, CHRDEVBASE_CNT); /* 注銷(xiāo)設(shè)備號(hào) */

	device_destroy(chrdevbase.class, chrdevbase.devid);
	class_destroy(chrdevbase.class);
    
    printk("chrdevbase exit done!\r\n");
}

至此，修改完畢，其它的與之前的一樣。

3.5 新舊驅(qū)動(dòng)方式對(duì)比

通過(guò)一張圖來(lái)對(duì)比新舊兩種驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)方式的區(qū)別：

舊方式編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的流程

新方式編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)的流程

可以看出主要區(qū)別在驅(qū)動(dòng)的加載和卸載。

4 編譯驅(qū)動(dòng)

和上次編譯驅(qū)動(dòng)的方式一樣，使用makefile，因?yàn)轵?qū)動(dòng)的c文件名由chrdevbase.c改為了newchrdevbase.c，因此makefile文件中也要把名字改掉。

編譯完之后，將編譯出的ko文件先復(fù)制到ubuntu虛擬機(jī)的tftpboot目錄中，為后面的測(cè)序做準(zhǔn)備。

復(fù)制后，看一下tftpboot目錄：

5 程序測(cè)試

5.1 文件發(fā)送到板子

和上篇一樣，使用tftp傳輸，將ubuntu虛擬機(jī)編譯出的ko文件發(fā)送到linux板子中。

再來(lái)看下tftp傳輸?shù)挠布h(huán)境示意圖：

然后是傳輸指令以及傳輸結(jié)果，可以看到newchrdevbase.ko已經(jīng)從ubuntu虛擬機(jī)的tftpboot目錄傳輸?shù)搅薼inux板子的/lib/modules/4.1.15目錄中了。

5.2 測(cè)試

輸入如下兩條指令加載 newchrdevbase.ko 驅(qū)動(dòng)模塊：

depmod //第一次加載驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要運(yùn)行此命令 modprobe newchrdevbase.ko //加載驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)加載成功后，可以看到自動(dòng)申請(qǐng)到的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)，如下圖，主設(shè)備號(hào)為249。

再輸入ls /dev/chrdevbase -l指令驗(yàn)證/dev/chrdevbase 這個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件是否存在，如下圖，可以看到設(shè)備存在，注意和上篇舊驅(qū)動(dòng)方式操作上的不同之處，舊的驅(qū)動(dòng)方式需要額外使用mknod指令來(lái)手動(dòng)創(chuàng)建該設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

驅(qū)動(dòng)已經(jīng)加載成功，再來(lái)測(cè)試APP程序，理論上和上篇的效果一樣，實(shí)測(cè)也是：

OK，測(cè)試完畢，測(cè)試完使用rmmod指令卸載驅(qū)動(dòng)。

6 總結(jié)

此篇文章針對(duì)上篇文章使用舊字符驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)方式存在的不足，介紹了一種新的字符驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)方式，對(duì)比兩種方式編寫(xiě)的主要區(qū)別，在上篇驅(qū)動(dòng)代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，并測(cè)試通過(guò)，和上篇實(shí)現(xiàn)一樣的效果，但驅(qū)動(dòng)的加載更加方便，不再需要人為指定設(shè)備號(hào)。

審核編輯：湯梓紅