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嵌入式Linux字符驱动LED灯设计

时间：10-02 整理：3721RD 点击：

嵌入式Linux字符驱动LED灯设计

嵌入式Linux字符设备驱动LED驱动编写



一．任务要求

完成一个字符IO口驱动，在开发板上该IO口对应LED灯。该驱动程序通过控制IO口的高低电平来控制亮灭。同时要写一个应用层的测试程序，用来测试驱动程序。我的测试程序为myled_test.c，要求在shell下能够通过该测试程序来控制LED灯的亮灭。如：

./myled_test on   表示灯全亮；

./myled_test off   表示灯全灭；

二．流程图设计

图1.应用层访问设备的流程图


三．    字符IO口驱动程序的设计流程


1）Linux内核的模块机制

在Linux下，驱动程序都是以模块存在的，模块是向内核动态的增加功能，每个模块都包括module_init和module_exit两个函数，分别在向系统插入模块和移除模块时被调用。框架如下：


#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

static int hellomodule_init(void)

{


       printk("hello word\n");

       return 0;


}

static void hellomodule_exit(void)

{


       printk("goodbye word\n");

       return;


}


module_init(hellomodule_init);

module_exit(hellomodule_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");


<hellomodule_init 和hellomodule_exit通过module_init和 module_exit两个宏注册到内核，这样在通过insmod和rmmod命令往内核增加移除时候就会调用。>


2）Linux字符IO驱动设计

步骤如下：

1.      定义描述字符IO设备的结构体

在Linux中，每个设备都有一个结构体来描述的，该结构体包含了该设备的所有信息。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;

};


2.      定义设备结构体变量

用设备结构体来定义一个变量，在内核中该变量就代表对应的设备。如下：

struct cdev myled_cdev;


3.      定义设备的操作接口函数

设备都是有一些操作的，应用程序就通过这些接口操作函数来使用驱动程序对设备的控制。如下：


static struct file_operations led_ops={

.open = myled_open,

.ioctl = myled_ioctl,

.release = myled_close,

};


4.      设备的操作函数

根据设备的操作接口函数完成操作函数，如下：


int myled_open(struct inode *inode,struct file *file)

{


int value = 0;

value = (1<<10)|(1<<12)|(1<<16)|(1<<20);/*将GPB5,6,8,10设为输出功能*/

writel(value,S3C2410_GPBCON);

value = 0x0;/*引脚都为低电平，灯全亮*/

writel(value,S3C2410_GPBUP);

value = 0xfffffffe;/*引脚都为高电平，灯全灭蜂鸣器不响*/

writel(value,S3C2410_GPBDAT);

return 0;

}

<在应用程序执行open（）系统调用时，myled_open函数将被调用。将LED的GPIO引脚设为输出功能。>


int myled_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)

{


switch(cmd)

{

        case LED_ON:/*设置引脚为输出低电平0*/

        writel(0x0,S3C2410_GPBDAT);

        break;

        case LED_OFF: /*设置引脚为输出高电平1*/

        writel(0xfffffffe,S3C2410_GPBDAT);

        break;

        default:

        break;

}     


return 0;

}


<当应用程序执行系统调用ioctl(fd,cmd)时,（fd为open（）系统调用返回的文件句柄，）myled_ioctl函数将被调用。>


int myled_close(struct inode *inode,struct file *file)

{


printk("bye");

return 0;

}


5.      字符驱动模块的初始化和退出函数

这两个函数是模块的框架，定义如下：


static int __init LED_INIT(void)

{      

int re = 0;

int ret = 0;

myled_no = MKDEV(MAINLEDNO,MINLEDNO);

ret = register_chrdev_region(myled_no,1,"myled");

if(ret<0)

{

        printk("cant regist");

        return ret;

}

printk("reg ok");

cdev_init(&myled_cdev,&led_ops);

myled_cdev.owner = THIS_MODULE;


re = cdev_add(&myled_cdev,myled_no,1);

if(re<0)

{

        printk("add error");

        return re;

}


printk("add ok");

return 0;

}


<LED_INIT主要完成3件事：调用register_chrdev_region询问内核该设备号是否有设备占用，如果没有就继续下面操做，初始化设备结构体变量cdev和向内核注册字符IO设备，分别调用cdev_init和 cdev_add。>


static void __exit LED_EXIT(void)

{

cdev_del(&myled_cdev);

unregister_chrdev_region(myled_no,1);

printk("exit ok");

}


       <字符模块退出函数主要是删除内核中的字符设备并卸载驱动程序，分别调用cdev_del 和unregister_chrdev_region>   。


         最后向内核申明myled_init和myled_exit函数以及LICENSE。如下：


module_init(LED_INIT);

module_exit(LED_EXIT);

MODULE_LICENSE("GPL");


6.      设备驱动的编译

Linux驱动模块的编译是通过Linux顶层下的Makefile文件来实现的，如下：


obj-m:=myled.o

KDIR=/home/neo/linux-2.6.30.9-EL-20101126


all:

make -C $(KDIR) SUBDIRS=$(shell pwd) modules

arm-linux-gcc -o myled_test myled_test.c


<myled.o是我们需要编译的模块，KDIR是内核目录，SUNDIRS是驱动源码所在目录，arm-linux-gcc是交叉编译器。>


四．    字符IO驱动测试程序设计流程

为了测试IO驱动是否正常，在应用层编写一个LED灯的程序，主要完成打开，关闭功能。如下：


int main(int argc,char **argv)

{

int fd;                        

fd = open("/dev/ledS0",0);/*打开设备*/

if(！strcmp(argv[1],"on"))

{

ioctl(fd,LED_ON);/*点亮*/

}

else if(！strcmp(argv[1],"off"))

{

ioctl(fd,LED_OFF);/*熄灭*/

}

return 0;

}


<其中的open，ioctl最终会调用驱动程序中的myled_open，myled_ioctl函数。>


五．    编译及下载流程


1.动态加载

a)        将myled.c和myled_test.c用make进行编译，得到模块myled.ko和执行文件myled_test

b)        更新S3C2440的内核和文件系统。启动开发板的LINUX系统。

c)        往开发板内核中添加驱动模块

在shell下执行insmod myled.ko

d)        创建设备文件节点

在shell下执行mknod /dev/ledS0 c 108 0

<c：设备类型

108：主设备号

0：次设备号>

e)        将执行文件myled_test添加到开发板上，并执行：

./myled_test on

./myled_test off


2.静态加载


a)        打开内核源码文件包，将myled.c文件拷到driver文件夹下，打开Kconfig文件，在其中添加如下代码：


config LINETECH_LED

bool "config myled"

default y

help

myled driver test


b)        同时打开Makefile文件，添加如下代码：

   obj-$(CONFIG_LINETECH_LED)      +=myled.o

c)        在终端输入make menuconfig进行内核的配置，如图：


最后一个选项即为我要选得myled配置。

d) 将内核编译得到zImage，下载到开发板中，创建设备文件节点

在shell下执行mknod /dev/ledS0 c 108 0

<c：设备类型

108：主设备号

0：次设备号>\

e) 将执行文件myled_test添加到开发板上，并执行：

./myled_test on

./myled_test off


三．  总结

通过这次对LINUX字符驱动LED灯的设计让我获益匪浅，该实验让我对驱动程序的设计有了大概的了解。首先，要知道驱动程序必须要有框架，即初始化和退出。然后，每个设备都有与之对应的结构体，而应用层要使用驱动程序，其中必须要有接口操作函数，特别注意下我在myled_open中将LED的寄存器进行配置，而不是在初始化函数中设置，是因为：虽然加载了模块，但是这个模块却不一定会被用到，所以在使用时才去设置。最后在初始化函数中要对cdev结构体变量进行初始化，并把该结构体注册到内核中。

概括为：应用程序在内核的字符设备数组中能够找到主设备号，根据设备号找到该设备的结构体cdev，访问结构体中的变量*ops，而*ops指向file_operation结构体，该结构体中有被应用层调用的函数。


四．    代码

//myled.c


#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/types.h>

#include <mach/regs-gpio.h>

#include <asm/io.h>


#define MAINLEDNO 108

#define MINLEDNO 0

#define LED_ON 0x01

#define LED_OFF 0x02


dev_t myled_no = 0;

struct cdev myled_cdev;

````````int myled_open(struct inode *inode,struct file *file)

{


int value = 0;


value = (1<<10)|(1<<12)|(1<<16)|(1<<20);

writel(value,S3C2410_GPBCON);


value = 0x0;

writel(value,S3C2410_GPBUP);


value = 0xfffffffe;

writel(value,S3C2410_GPBDAT);


return 0;

}


int myled_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)

{


switch(cmd)

{

case LED_ON:

writel(0x0,S3C2410_GPBDAT);

break;

case LED_OFF:

writel(0xfffffffe,S3C2410_GPBDAT);

break;

default:

break;

}                           

return 0;

}


int myled_close(struct inode *inode,struct file *file)

{


printk("bye");

return 0;

}


static struct file_operations led_ops={

.open = myled_open,

.ioctl = myled_ioctl,

.release = myled_close,

};


static int __init LED_INIT(void)

{


int re = 0;

int ret = 0;

myled_no = MKDEV(MAINLEDNO,MINLEDNO);

ret = register_chrdev_region(myled_no,1,"myled");

if(ret<0)

{

printk("cant regist");

return ret;

}


printk("reg ok");


cdev_init(&myled_cdev,&led_ops);

myled_cdev.owner = THIS_MODULE;


re = cdev_add(&myled_cdev,myled_no,1);

if(re<0)

{

printk("add error");

return re;

}


printk("add ok");

return 0;

}


static void __exit LED_EXIT(void)

{


cdev_del(&myled_cdev);

unregister_chrdev_region(myled_no,1);

printk("exit ok");

}


module_init(LED_INIT);

module_exit(LED_EXIT);


MODULE_LICENSE("GPL");


//myled_test.c


#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#define LED_ON 0x01

#define LED_OFF 0x02


int main(int argc,char **argv)

{


int fd;


fd = open("/dev/ledS0",0);

if(！strcmp(argv[1],"on"))

{

ioctl(fd,LED_ON);

}

else if(！strcmp(argv[1],"off"))

{

ioctl(fd,LED_OFF);

}

return 0;


}


Makefile


obj-m:=myled.o

KDIR=/home/neo/linux-2.6.30.9-EL-20101126


all:

make -C $(KDIR) SUBDIRS=$(shell pwd) modules

arm-linux-gcc -o myled_test myled_test.c


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