字符设备驱动程序 --使用GPIO控制引脚高低电平（点亮LED）

2024-08-25 03:28
文章标签 引脚 低电平 驱动程序 gpio led 点亮 字符 设备 控制 使用

本文主要是介绍字符设备驱动程序 --使用GPIO控制引脚高低电平（点亮LED），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

字符设备驱动框架

1. cdev是一个描述字符设备的结构体。

<include/linux/cdev.h>struct cdev {struct kobject kobj;				// 内嵌的内核对象struct module *owner;				// 该字符设备所在的内核模块的对象指针const struct file_operations *ops;	// 该结构描述了字符设备所能实现的方法，是极为关键的一个结构体struct list_head list;				// 该结构描述了字符设备所能实现的方法，是极为关键的一个结构体dev_t dev;							// 字符设备的设备号，由主设备号和次设备号构成unsigned int count;					// 隶属于同一主设备号的次设备号的个数
};

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

对 cdev 结构体做初始化， 最重要的就是建立 cdev 和 file_operations 之间的连接

cdev_init(&led_dev,&fops);

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

1.该函数需要一个cdev结构体变量的地址，struct cdev结构体中包含了 dev_t和struct file_operations ，所以它能够把dev_t和驱动程序联系在一 起

2. dev参数就是之前申请到的设备号

3.申请的次设备号的个数

cdev_add(&led_dev,dev_num,1);

 2. dev_t 来定义设备号（分为主、次设备号）以确定字符设备的唯一性；

在32位机中是4个字节。主设备号占高12位，次设备号占20位。主设备号从0~4095，次设备号虽然占20位，但是它的有效范围是从 0~256。(在早期的 Unix 系统中，次设备号通常只占用一个字节（8 位），因此最大值为 256。)

主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序，用来反映设备类型。

次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备，用来区分同类型的设备。

3.file_operations

struct file_operations *fops：这是一个指向file_operations结构体变量的指针,这个结构体里面的成员绝大多数都是函数的指针。

这些函数的指针指向一个我们编写的函数，每个函数都有着各自的作用。这里列举常用的几个：

  1.  open 函数用于打开设备文件
  2.  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
  3. read 函数用于读取设备文件
  4. write 函数用于向设备文件写入(发送)数据
  5.  poll 是个轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写
  6.  owner 拥有该结构体的模块的指针，一般设置为 THIS_MODULE
static struct file_operations fops =
{.owner = THIS_MODULE,.open = led_driver_open,.release = led_driver_close,.read = led_driver_read,.write = led_driver_write,
};

4.模块加载函数获取设备号；

1.register_chrdev( )：注册字符设备（linux 版本 2.4 之前注册方式）。

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

  • register_chrdev_region( )：静态获取设备号

  • alloc_chrdev_region( )：动态获取设备号

在Linux内核源码顶层目录      linux-2.6.32.2/drivers/char   下创建  led_driver.c  文件 

static int __init led_driver_init(void)；

点亮想LED,就要使用GPIO外设控制LED引脚的高低电平，就跟裸机程序一样，先要配置对应的寄存器。

操作led使用的两个寄存器GPBCON、 GPBDAT两个寄存器地址0x56000010、0x56000014这两个地址是物理地址，但是如果在程序中直接使用这两个地址linux会认为它们都是虚拟地址。

处理器中有一块叫做MMU（Memory Manage Unit）的内存映射单元，可以把引脚的物理地址映射到虚拟地址。

linux内核api函数提供了物理内存和虚拟内存的重映射带参宏：

#define ioremap(cookie,size)

第一个参数是物理地址，第二个参数是映射出的地址基类型字节数，宏 返回一个void *指针。

用字符设备驱动 控制gpio  来点亮 LED 的驱动程序。

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define GPBCON  (0x56000010)
#define GPBDAT  (0x56000014)static unsigned int *REG_GPBCON;
static unsigned int *REG_GPBDAT;static int led_driver_open(struct inode *pNode,struct file *fp)
{return 0;
}static int led_driver_close(struct inode *pNode,struct file *fp)
{return 0;
}static ssize_t led_driver_read(struct file *fp,char __user*userBuffer,size_t len,loff_t *offset)
{return 0;
}static ssize_t led_driver_write(struct file *fp,const char __user *userBuffer,size_t len,loff_t*offset)
{static char c;copy_from_user(&c,userBuffer,1);//从用户空间复制一个字节到内核空间的c变量中。printk("c=%c\n",c);//c &= 0x0F;//将c的高四位清零，保留低四位。if(c == '0'){printk("00000\n");*REG_GPBDAT &=~(0x0f<<5);//将REG_GPBDAT寄存器的第5位至第9位清零。 点亮led}else if(c == '1'){		printk("11111\n");*REG_GPBDAT |=(0x0f<<5);//将REG_GPBDAT寄存器的第5位至第9位 1111。 关闭led}	//*REG_GPBDAT|=(c<<5);//将c的低四位左移5位后赋值给REG_GPBDAT的第5位至第9位。wreturn 1;
}static struct file_operations fops =
{.owner = THIS_MODULE,.open = led_driver_open,.release = led_driver_close,.read = led_driver_read,.write = led_driver_write,
};static dev_t dev_num;//设备号
struct cdev led_dev;//设备
static struct class *p_class;
static struct device *p_device;static int __init led_driver_init(void)
{int ret;//申请设备号  此设备号的起始值为 0    申请1个设备   设备起个名字叫做 led_deviceret = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"led_device");if(ret){printk("alloc_chrdev_region is error\n");goto alloc_chrdev_region_err;}printk("major = %u,minior = %u\n",MAJOR(dev_num),MINOR(dev_num));//将设备初始化cdev_init(&led_dev,&fops);//向内核添加驱动程序  相当于  register_chrdev函数 的注册ret = cdev_add(&led_dev,dev_num,1);if(ret){printk("cdev_add is error\n");goto cdev_add_err;}//创建一个设备类  led classp_class = class_create(THIS_MODULE,"led class");if(IS_ERR(p_class)){printk("class_create is error!");goto class_create_err;}//创建一个设备类 属于 之前led class的类别   这两步可以实现设备节点的自动添加//不需要使用mknod /dev/led 手动添加设备节点p_device = device_create(p_class,NULL,dev_num,NULL,"led");if(p_device == NULL){printk("device_create is error\n");goto device_create_err;}//把需要配置引脚的物理地址映射到虚拟地址REG_GPBCON = ioremap(GPBCON,4);  //io引脚的控制寄存器REG_GPBDAT = ioremap(GPBDAT,4);  //io引脚的数据寄存器//配置寄存器*REG_GPBCON &= ~(0xff << 10);*REG_GPBCON |=(0X55<< 10);*REG_GPBDAT |=(0X0F << 5);return 0;
device_create_err:class_destroy(p_class);
class_create_err:cdev_del(&led_dev);
cdev_add_err:unregister_chrdev_region(dev_num,1);
alloc_chrdev_region_err:return ret;
}static void __exit led_driver_exit(void)
{iounmap(REG_GPBCON);iounmap(REG_GPBDAT);device_destroy(p_class,dev_num);class_destroy(p_class);cdev_del(&led_dev);unregister_chrdev_region(dev_num,1);printk("led_driver_exit ok\n");
}module_init(led_driver_init);module_exit(led_driver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

应用程序

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int fd = open("/dev/led",O_RDWR);if(fd < 0){printf("fail to open led\n");return -1;}char s = 1;while(1){s = '0';write(fd,&s,1);printf("LIANG");sleep(3);s = '1';write(fd,&s,1);sleep(3);printf("MIE");}return 0;
}

如何在板子上电后自动加载驱动？

（1）静态加载就是把驱动程序直接编译进内核，系统启动后可以直接调用。静态加载的缺点是调试起来比较麻烦，每次修改一个地方都要重新编译和下载内核，效率较低。若采用静态加载的驱动较多，会导致内核容量很大，浪费存储空间。

（2）动态加载利用了Linux的module特性，可以在系统启动后用insmod命令添加模块（.ko），在不需要的时候用rmmod命令卸载模块，采用这种动态加载的方式便于驱动程序的调试，同时可以针对产品的功能需求，进行内核的裁剪，将不需要的驱动去除，大大减小了内核的存储容量。

3、insmod与modprobe命令
在Linux中，modprobe和insmod都可以用来加载module，不过现在一般都推荐使用modprobe而不是insmod了。
modprobe和insmod的区别是什么呢？
（1）modprobe可以解决load module时的依赖关系，比如load moudleA就必须先load mouduleB之类的，它是通过/lib/modules//modules.dep文件来查找依赖关系的。而insmod不能解决依赖问题。
（2）modprobe默认会去/lib/modules/目录下面查找module，而insmod只在给它的参数中去找module（默认在当前目录找）。

这样，有时insmod也有它的有用之处，举个例子吧。
有/root/my-mod.ko这个module，cd /root/，然后用insmod my-mod.ko(insmod /root/my-mod.ko)就可以insert这个module了，但是用modprobe my-mod.ko(modprobe /root/my-mod.ko)却提示"FATAL: Module my-mod.ko not found"，这就是因为modprobe是到/lib/modules/`uname -r`/下去找module的，如果没找到就是这样了。

                        
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_40334837/article/details/89574380

这篇关于字符设备驱动程序 --使用GPIO控制引脚高低电平（点亮LED）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1104415。

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