本文主要是介绍Linux第69步_依据“旧字符设备的一般模板”编写LED驱动，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！
在编写LED驱动之前，先要了解和硬件有关的一些知识。
1、了解“MMU内存管理单元”以及相关函数
MMU是Memory Manage Unit的缩写，意思是“内存管理单元”。
老版本的Linux内核要求处理器必须有“MMU内存管理单元”，而现在的Linux内核已经支持无“MMU内存管理单元”的处理器了。
“MMU内存管理单元”的功能：
1)、完成“虚拟空间”到“物理空间”的映射。
2)、内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储空间的缓冲特性。
地址映射：
虚拟地址(VA.Virtual Address)
物理地址(PA，PhyscicalAddress)。
对于 32位的处理器来说，虚拟地址范围是 2^32=4GB，开发板的DDR3只有1GB，这就是“物理内存”，经过MMU可以将“物理内存”映射到整个4GB的虚拟空间。
ioremap()函数
它用于获取与“指定的物理地址空间”对应的“虚拟地址空间”，ioremap()函数定义在arch/arm/include/asm/io.h文件中。
void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);
res_cookie：要映射的“物理内存”的起始地址；
size：要映射的“物理内存”的空间大小；
返回值：__iomem类型的指针，它是指向“映射后的虚拟空间”的首地址；
iounmap()函数
当我们需要卸载驱动时，可以用iounmap()函数释放掉ioremap()函数所做的映射；
void iounmap (volatile void __iomem *addr);
举例：
#define GPIOI_MODER (0X5000A000) //定义寄存器物理地址
static void __iomem* GPIO_MODER_PI; //声明映射后的“虚拟空间地址”
GPIO_MODER_PI = ioremap(GPIOI_MODER, 4);
//获取与“物理地址0X5000A000”对应的“虚拟地址空间”，共计4个字节；
iounmap(GPIO_MODER_PI);
//释放“物理地址0X5000A000”对应的“虚拟地址空间”
2、IO内存访问函数
读操作函数：
u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
u32 readl(const volatile void __iomem *addr)
写操作函数：
void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)
3、创建LED目录
输入“cd /home/zgq/linux/Linux_Drivers/回车”
切换到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/”
输入“ls回车”，查看“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/”
输入“makdir LED回车”，创建“LED”目录
输入“cd CharDeviceXXX_1/回车”
切换到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/CharDeviceXXX_1/”
输入“ls回车”，查看“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/CharDeviceXXX_1/”
输入“cp * /home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED回车”
将“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/CharDeviceXXX_1/”目录下的所有文件拷贝到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED/”
输入“cd ../回车”，返回到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/”
输入“ls回车”
查看“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/”目录下的文件和文件夹
输入“cd LED/回车”，切换到“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED/”目录
输入“ls回车”查看“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED/”目录
输入“mv CharDeviceXXX.c LED.c回车”，将“CharDeviceXXX.c”更名为“LED.c”
输入“mv CharDeviceXXX_APP.c LED_APP.c回车”，将“CharDeviceXXX_APP.c”更名为“LED_APP.c”
输入“ls回车”查看“/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED/”目录
4、创建“c_cpp_properties.json” 的文件
打开虚拟机上“VSCode”，点击“文件”，点击“打开文件夹”，点击“zgq”，点击“linux”，点击“Linux_Drivers”，点击“LED”，按下“Ctrl+Shift+P”,打开VSCode控制台，然后输入“C/C++:Edit Configurations(JSON)”,打开以后会自动在“.vscode ”目录下生成一个名为“c_cpp_properties.json” 的文件，修改c_cpp_properties.json内容如下所示:
{
"configurations": [
{
"name": "Linux",
"includePath": [
"${workspaceFolder}/**",
"/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31",
"/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED",
"/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31/arch/arm/include",
"/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31/include",
"/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31/arch/arm/include/generated"
],
"defines": [],
"compilerPath": "/usr/bin/gcc",
"cStandard": "gnu11",
"cppStandard": "gnu++14",
"intelliSenseMode": "gcc-x64"
}
],
"version": 4
}
5、修改Makefile文件如下：
KERNELDIR := /home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31
#使用“:=”将其后面的字符串赋值给KERNELDIR
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
#采用“shell pwd”获取当前打开的路径
#使用“$(变量名)”引用“变量的值”
MyDriver := LED
MyAPP := LED_APP
CC := arm-none-linux-gnueabihf-gcc
obj-m := $(MyDriver).o
#生成“obj-m”需要依赖“LED.o”,指定要编译成内核模块的文件
all: drv app
#生成“all”需要依赖“drv和app”
@echo $(KERNELDIR)
#输出KERNELDIR的值为“/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/linux-5.4.31”
@echo $(CURRENT_PATH)
#输出CURRENT_PATH的值为/home/zgq/linux/Linux_Drivers/LED”
@echo $(MAKE)
#输出MAKE的值为make
@echo $(CC)
#输出CC的值为arm-none-linux-gnueabihf-gcc
drv:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
#后面的"modules"表示编译成模块
#“KERNELDIR”上面定义为“/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31”，即“指定的工作目录”
#“CURRENT_PATH”上面定义为“当前的工作目录”
#“-C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) ”表示将“当前的工作目录”切换到“指定的目录”中
#即切换到“/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31”。
#M表示模块源码目录
#在“make和modules”之间加入“M=$(CURRENT_PATH)”，表示切换到由“CURRENT_PATH”指定的目录中读取源码，同时将其编>译为.ko 文件
app:
$(CC) $(MyAPP).c -o $(MyAPP)
clean: clean_drv clean_app
#生成“clean”需要依赖“clean_DRV和clean_APP”
clean_drv:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
#“KERNELDIR”上面定义为“/home/zgq/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31”，即“指定的工作目录”
#“CURRENT_PATH”上面定义为“当前的工作目录
clean_app:
rm $(MyAPP)
install:
sudo cp *.ko $(MyAPP) /home/zgq/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ -f
6、LED灯驱动程序框架：
修改led.c文件如下：
#include <linux/types.h>
//数据类型重命名
//使能bool,u8,u16,u32,u64, uint8_t, uint16_t, uint32_t, uint64_t
//使能s8,s16,s32,s64,int8_t,int16_t,int32_t,int64_t
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/errno.h>
#define led_MAJOR 200
//定义主设备号
//静态分配设备号：在串口输入“cat/proc/devices”查询当前已用的主设备号
//然后使用一个“没有被使用的设备号”作为该设备的的主设备号
#define led_NAME "ledName" //定义设备的名字
/* 打开设备 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
//printk("led_open!\r\n");
return ret;
}
/* 向设备写数据，将数据块首地址为buf的数据，长度为cnt个字节，发送给用户 */
//file结构指针变量flip表示要打开的设备文件
//buf表示用户数据块的首地址
//cnt表示用户数据的长度，单位为字节
//loff_t结构指针变量offt表示“相对于文件首地址的偏移”
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
return ret;
}
/* 关闭/释放设备 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret=0;
printk("led_release!\r\n");
return ret;
}
/*声明file_operations结构变量MyCharDevice_fops*/
/*它是指向设备的操作函数集合变量*/
const struct file_operations led_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*驱动模块的入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
int ret=0;
printk("led_init!\r\n");
ret = register_chrdev(led_MAJOR, led_NAME, &led_fops);
//注册字符设备
//led_MAJOR为主设备号，采用宏led_NAME定义设备名字
//led_fops是设备的操作函数集合，它是file_operations结构变量
if (ret < 0)
{
printk("CharDeviceDriver register failed!!!\r\n");
goto faile_register;
}
return 0;//注册字符设备正确
faile_register:
return -EIO;//注册字符设备失败
}
/*驱动模块的出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led_exit!\r\n");
unregister_chrdev(led_MAJOR, led_NAME);
//注销字符设备
//led_MAJOR为主设备号，采用宏led_NAME定义设备名字
}
module_init(led_init);
//加载“驱动模块”：指定led_init()为驱动入口函数
module_exit(led_exit);
//卸载“驱动模块”：指定led_exit()为驱动出口函数
MODULE_AUTHOR("Zhanggong");//添加作者名字
MODULE_LICENSE("GPL");//LICENSE采用“GPL协议”
MODULE_INFO(intree,"Y");
//去除显示“loading out-of-tree module taints kernel.”
7、LED灯驱动程序：
led.c文件如下：
#include <linux/types.h>
/*
数据类型重命名
使能bool,u8,u16,u32,u64, uint8_t, uint16_t, uint32_t, uint64_t
使能s8,s16,s32,s64,int8_t,int16_t,int32_t,int64_t
*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#define led_MAJOR 200
/*
定义主设备号
静态分配设备号：在串口输入“cat/proc/devices”查询当前已用的主设备号
然后使用一个“没有被使用的设备号”作为该设备的的主设备号
*/
#define led_NAME "ledName" //定义设备的名字
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/* 寄存器物理地址 */
#define PERIPH_BASE (0x40000000)
#define MPU_AHB4_PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000000)
#define RCC_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0x0000)
#define RCC_MP_AHB4ENSETR (RCC_BASE + 0XA28)
#define GPIOI_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0xA000)
#define GPIOI_MODER (GPIOI_BASE + 0x0000)
#define GPIOI_OTYPER (GPIOI_BASE + 0x0004)
#define GPIOI_OSPEEDR (GPIOI_BASE + 0x0008)
#define GPIOI_PUPDR (GPIOI_BASE + 0x000C)
#define GPIOI_BSRR (GPIOI_BASE + 0x0018)
/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI;
/*RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器*/
static void __iomem *GPIOI_MODER_PI; /*GPIOx_MODER寄存器，x=A to K, Z*/
static void __iomem *GPIOI_OTYPER_PI;/*GPIOx_OTYPER，x=A to K,Z*/
static void __iomem *GPIOI_OSPEEDR_PI;/*GPIOx_OSPEEDR，x=A to K, Z*/
static void __iomem *GPIOI_PUPDR_PI; /*GPIOx_PUPDR，x=A to K, Z*/
static void __iomem *GPIOI_BSRR_PI;/*GPIOx_BSRR，x=A to K, Z*/
/* 寄存器地址映射 */
static void led_ioremap(void)
{
MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI = ioremap(RCC_MP_AHB4ENSETR, 4);
GPIOI_MODER_PI = ioremap(GPIOI_MODER, 4);
GPIOI_OTYPER_PI = ioremap(GPIOI_OTYPER, 4);
GPIOI_OSPEEDR_PI = ioremap(GPIOI_OSPEEDR, 4);
GPIOI_PUPDR_PI = ioremap(GPIOI_PUPDR, 4);
GPIOI_BSRR_PI = ioremap(GPIOI_BSRR, 4);
}
/*取消“寄存器地址映射”*/
static void led_iounmap(void)
{
iounmap(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
iounmap(GPIOI_MODER_PI);
iounmap(GPIOI_OTYPER_PI);
iounmap(GPIOI_OSPEEDR_PI);
iounmap(GPIOI_PUPDR_PI);
iounmap(GPIOI_BSRR_PI);
}
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON) {
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);/*读GPIOI_BSRR寄存器*/
val &= ~(0X1 << 16); /* bit16 清零*/
val |= (0x1 << 16); /*bit16 设置为1，令PI0输出低电平*/
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_BSRR寄存器 */
}
else if(sta == LEDOFF) {
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);/*读GPIOI_BSRR寄存器*/
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= (0x1 << 0);/*bit0 设置为1，令PI0输出高电平*/
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_BSRR寄存器 */
}
}
/* 打开设备 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
//printk("led_open!\r\n");
return ret;
}
/* 向设备写数据，将数据块首地址为buf的数据，长度为cnt个字节，发送给用户 */
//file结构指针变量flip表示要打开的设备文件
//buf表示用户数据块的首地址
//cnt表示用户数据的长度，单位为字节
//loff_t结构指针变量offt表示“相对于文件首地址的偏移”
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
ret = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(ret <0){
printk("kernel write failed!\r\n");
ret = -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0];/*获取到应用传递进来的开关灯状态*/
led_switch(ledstat);/*执行开灯或执行关灯*/
return ret;
}
/* 关闭/释放设备 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret=0;
printk("led_release!\r\n");
return ret;
}
/*声明file_operations结构变量MyCharDevice_fops*/
/*它是指向设备的操作函数集合变量*/
const struct file_operations led_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*驱动模块的入口函数 */
static int __init led_init(void)
{
int ret=0;
u32 val = 0;
/* 1、寄存器地址映射 */
led_ioremap();
/* 2、使能RCC时钟 */
val = readl(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);/* 读RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器 */
val &= ~(0X1 << 8);/* 清除以前的bit8设置 */
val |= (0X1 << 8); /* 设置新的bit8值 */
writel(val, MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
/* 将val的值写入RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器 */
/* 3、将PI0输出引脚。*/
val = readl(GPIOI_MODER_PI);/*读GPIOI_MODER寄存器*/
val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1清零 */
val |= (0X1 << 0); /* bit0:1设置01，配置为输出模式 */
writel(val, GPIOI_MODER_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_MODER寄存器 */
/* 4、设置PI0为推挽模式 */
val = readl(GPIOI_OTYPER_PI);/*读GPIOI_OTYPER寄存器*/
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0清零，设置为上拉*/
writel(val, GPIOI_OTYPER_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_OTYPER寄存器 */
/* 5、设置PI0为高速 */
val = readl(GPIOI_OSPEEDR_PI);/*读GPIOI_OSPEEDR寄存器*/
val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1 清零 */
val |= (0x3 << 0); /* bit0:1 设置为11，极高速*/
writel(val, GPIOI_OSPEEDR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_OSPEEDR寄存器 */
/* 6、设置PI0为上拉。*/
val = readl(GPIOI_PUPDR_PI);/*读GPIOI_PUPDR寄存器*/
val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1 清零*/
val |= (0x1 << 0); /*bit0:1 设置为01，配置为上拉*/
writel(val,GPIOI_PUPDR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_PUPDR寄存器 */
/* 6、默认打开LED，PI0=0 */
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);/*读GPIOI_BSRR寄存器*/
val &= ~(0X1 << 16); /* bit16 清零*/
val |= (0x1 << 16); /*bit16 设置为1，令PI0输出低电平*/
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_BSRR寄存器 */
/* 6、默认关闭LED，PI0=1 */
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);/*读GPIOI_BSRR寄存器*/
val &= ~(0X1 << 0); /* bit0 清零*/
val |= (0x1 << 0);/*bit0 设置为1，令PI0输出高电平*/
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
/* 将val的值写入GPIOI_BSRR寄存器 */
printk("led_init!\r\n");
ret = register_chrdev(led_MAJOR, led_NAME, &led_fops);
//注册字符设备
//led_MAJOR为主设备号，采用宏led_NAME定义设备名字
//led_fops是设备的操作函数集合，它是file_operations结构变量
if (ret < 0)
{
printk("CharDeviceDriver register failed!!!\r\n");
goto faile_register;
}
return 0;
faile_register:
return -EIO;
}
/*驱动模块的出口函数 */
static void __exit led_exit(void)
{
/* 1、取消寄存器地址映射 */
led_iounmap();
printk("led_exit!\r\n");
unregister_chrdev(led_MAJOR, led_NAME);
//注销字符设备
//led_MAJOR为主设备号，采用宏led_NAME定义设备名字
}
module_init(led_init);
//加载“驱动模块”：指定led_init()为驱动入口函数
module_exit(led_exit);
//卸载“驱动模块”：指定led_exit()为驱动出口函数
MODULE_AUTHOR("Zhanggong");//添加作者名字
MODULE_LICENSE("GPL");//LICENSE采用“GPL协议”
MODULE_INFO(intree,"Y");
//去除显示“loading out-of-tree module taints kernel.”
8、LED_APP.c程序如下：
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
//APP运行命令:./LED_APP filename <1>|<0>如果是1表示打开LED，如果是0表示关闭LED
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/*
参数argc: argv[]数组元素个数
参数argv[]:是一个指针数组
返回值: 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, retvalue;
char *filename;
unsigned char databuf[1];
if(argc != 3)
{
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
//argv[]是指向输入参数“./LED_App” “/dev/LED” “1”
filename = argv[1];
//argv[1]指向字符串“/dev/LED”
fd = open(filename, O_RDWR);
//如果打开“/dev/LED”文件成功，则fd为“文件描述符”
//fd=0表示标准输入流； fd=1表示标准输出流；fd=2表示错误输出流；
if(fd < 0)
{
printf("Can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
databuf[0]= atoi(argv[2]); /* 写入的数据，是数字的，表示打开或关闭 */
retvalue = write(fd, databuf, 1);
//将databuf[]中前1个字节发送给用户
//返回值大于0表示写入的字节数；
//返回值等于0表示没有写入任何数据；
//返回值小于0表示写入失败
if(retvalue < 0)
{
printf("write file %s failed!\r\n", filename);
close(fd);
//fd表示要关闭的“文件描述符”
//返回值等于0表示关闭成功
//返回值小于0表示关闭失败
return -1;
}
/* 关闭设备 */
retvalue = close(fd);
//fd表示要关闭的“文件描述符”
//返回值等于0表示关闭成功
//返回值小于0表示关闭失败
if(retvalue < 0)
{
printf("Can't close file %s\r\n", filename);
return -1;
}
return 0;
}
6、使用Makefile编译
输入“make drv回车”，编译生成LED.ko
输入“make app回车”，编译生成LED_APP
输入“make clean_drv回车”，清除LED.*
输入“make clean_app回车”，清除LED_APP
输入“make all回车”，编译生成LED.ko和LED_APP
输入“make clean回车”，清除“LED.*”和“LED_APP”
输入“make all回车”，编译生成LED.ko和LED_APP
输入“make install回车”，执行文件拷贝
7、测试
启动开发板，从网络下载程序
输入“root”
输入“cd /lib/modules/5.4.31/回车”
切换到“/lib/modules/5.4.31/”目录
注意：“lib/modules/5.4.31/”在虚拟机中是位于“/home/zgq/linux/nfs/rootfs/”目录下，但在开发板中，却是位于根目录中。
输入“ls -l”查看“LED.ko和LED_APP”是否存在
输入“depmod”,驱动在第一次执行时，需要运行“depmod”
输入“modprobe LED.ko”，加载“LED.ko”模块
输入“lsmod”查看有哪些驱动在工作
输入“mknod /dev/LED c 200 0回车”
//“mknod”是创建节点命令
//“/dev/LED”表示节点文件
//“c”表示LED是个字符设备
//“200”表示设备的主设备号
//“0”表示设备的次设备号
输入“ls /dev/LED -l回车”，发现节点文件“/dev/LED”
输入“./LED_APP /dev/LED 1回车”执行写1开灯
输入“./LED_APP /dev/LED 0回车”执行写0关灯
操作完成，则执行卸载模块：
输入“rmmod LED.ko”，卸载“LED.ko”模块
注意:输入“rmmod LED”也可以卸载“LED.ko”模块
输入“lsmod”查看有哪些驱动在工作。
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