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linux设备驱动归纳总结（五）：4.写个简单的LED驱动
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在上面的章节的知识，已经能够实现个简单的LED驱动。居于前面操作LED的函数（5th_mm_2/3rd/test.c），我一步一步来修改。
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一、实现硬件操作函数
一般的，我写驱动的时候，我会先确定一些基本的硬件操作函数能够使用。如LED驱动我要实现三个操作：配置、开灯和关灯，所以我先要实现这几个硬件操作函数。
其实这些在我介绍IO内存时已经实现了（5th_mm_2/3rd/test.c），我只是稍作了一点修改，改了一下内存的数据类型，其实没什么大出入。
/*5th_mm_4/1st/test.c*/
1 #include
2 #include
3
4 #include
5 #include
6
7 unsigned long virt, phys;
8 unsigned long gpecon, gpedat, gpeup; //其实我就改了这里的数据类型，其实都是用来存放地址
9 unsigned long reg; //没有多大的影响。
10 struct resource *led_resource;
11
12 void s3c_led_config(void) //还将函数的名字改成好听点
13 {
14 reg = ioread32(gpecon);
15 reg &= ~(3 << 24);
16 reg |= (1 << 24);
17 iowrite32(reg, gpecon);
18
19 reg = ioread32(gpeup);
20 reg &= ~(3 << 12);
21 iowrite32(reg, gpeup);
22 }
23
24 void s3c_led_on(void)
25 {
26 reg = ioread32(gpedat);
27 reg &= ~(1 << 12);
28 iowrite32(reg, gpedat);
29 }
30
31 void s3c_led_off(void)
32 {
33 reg = ioread32(gpedat);
34 reg |= (1 << 12);
35 iowrite32(reg, gpedat);
36 }
37
38 void init_led_device(void)
39 {
40 phys = 0x56000000;
41 virt = (unsigned long)ioremap(phys, 0x0c);
42
43 gpecon = virt + 0x40;
44 gpedat = virt + 0x44;
45 gpeup = virt + 0x48;
46 }
47
48 static int __init test_init(void) //模块初始化函数
49 {
50 init_led_device();
51
52 led_resource = request_mem_region(phys, 0x0c, "LED_MEM");
53 if(NULL == led_resource){
54 printk("request mem error! ");
55 return - ENOMEM;
56 }
57
58 s3c_led_config();
59 s3c_led_on();
60 printk("hello led! ");
61 return 0;
62 }
63
64 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数
65 {
66 if(NULL != led_resource){
67 s3c_led_off();
68 iounmap((void *)virt);
69 release_mem_region(phys, 0x0c);
70 }
71 printk("bye ");
72 }
73
74 module_init(test_init);
75 module_exit(test_exit);
76
77 MODULE_LICENSE("GPL");
78 MODULE_AUTHOR("xoao bai");
79 MODULE_VERSION("v0.1");
至于验证我就不做了，效果还是一样，加载模块灯亮，卸载模块灯灭。
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二、面向对象思想——定义一个LED的结构体
上面的函数中，一大堆的全局变量实在让人看起来不舒服。我在第三章字符设备的文中介绍过，把这些变量定义在一个结构体中，方便以后引用，如函数传参。
/*5th_mm_4/2nd/test.c*/
7 struct _led_t{
8 //hardware obb
9 unsigned long virt, phys;
10 unsigned long gpecon, gpedat, gpeup;
11 unsigned long reg;
12 struct resource *led_resource;
13
14 void (*config)(struct _led_t *); //这里把LED驱动的三个操作函数指针也放进去
15 void (*on)(struct _led_t *);
16 void (*off)(struct _led_t *);
17 };
根据上面定义的数据结构，我再修改一下1st目录的程序，就成了2nd目录中的函数。现在函数做了两步：
1）实现硬件的基本操作。
2）定义了一个面向对象数据类型。
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三、实现硬件设备初始化函数和注销函数
在对硬件进程操作（配置，开灯、关灯）之前，需要先进行IO内存映射等操作，前面的函数写得很零散，这里我整理了一下：
1）当插入模块时，需要进行一些内存映射等设备初始化操作，使用函数init_led_device。
2）当卸载模块时，需要进行一些硬件注销操作，使用函数eixt_led_device。
接下来就要封装这两个函数：
/*5th_mm_4/3rd/test.c */
45 int init_led_device(struct _led_t *led)
46 {
47 led->phys = 0x56000000; //1指定物理地址
48
49 led->led_resource = request_mem_region(led->phys, 0x0c, "LED_MEM");
50 if(NULL == led->led_resource){ //2申请内存区域
51 return - 1;
52 }
53
54 led->virt = (unsigned long)ioremap(led->phys, 0x0c); //3内存映射
55
56 led->gpecon = led->virt + 0x40; //4指定寄存器地址
57 led->gpedat = led->virt + 0x44;
58 led->gpeup = led->virt + 0x48;
59
60 led->config = s3c_led_config; //5将操作函数也放进结构体成员
61 led->on = s3c_led_on;
62 led->off = s3c_led_off;
63
64 return 0;
65 }
66
67 void exit_led_device(struct _led_t *led)
68 {
69 if(NULL != led->led_resource){
70 iounmap((void *)led->virt);
71 release_mem_region(led->phys, 0x0c);
72 }
73 }
74
75 struct _led_t my_led;
76
77 static int __init test_init(void) //模块初始化函数
78 {
79 if (-1 == init_led_device(&my_led)){ //加载模块时就调用init_led_device
80 printk("request mem error! ");
81 return - ENOMEM;
82 }
83
84 my_led.config(&my_led); //这里调用操作函数是多于了，我迟点会放在ioctl中
85 my_led.on(&my_led); //这里只不过加载时候灯亮一下，让我知道加载成功
86 printk("hello led! ");
87 return 0;
88 }
89
90 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数
91 {
92 my_led.off(&my_led);
93 exit_led_device(&my_led); //卸载时调用exit_led_device
94 printk("bye ");
95 }
至于验证我就不做了，效果还是一样，加载模块灯亮，卸载模块灯灭。
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四、实现字符设备的申请，即模块与内核的接口
需要实现ioctl功能，首先要这个设备需要先注册，使用字符设备注册的知识：
字符设备注册三步曲：
/*5th_mm_4/4th/test.c*/
18 struct _led_t{
19 //hardware obb
20 unsigned long virt, phys;
21 unsigned long gpecon, gpedat, gpeup;
22 unsigned long reg;
23 struct resource *led_resource;
24
25 void (*config)(struct _led_t *);
26 void (*on)(struct _led_t *);
27 void (*off)(struct _led_t *);
28
29 //kernel oob
30 dev_t devno; //往结构体添加了两个成员
31 struct cdev led_cdev;
32 };
。。。。。。
90 struct _led_t my_led;
91 struct file_operations s3c_led_fops = {
92 //暂时还是空的
93 };
94
95 static int __init led_driver__init(void) //模块初始化函数
96 {
97 int ret;
98
99 ret = init_led_device(&my_led);
100 if (ret){
101 P_DEBUG("request mem error! ");
102 ret = - ENOMEM;
103 goto err0;
104 }
105
106 ret = alloc_chrdev_region(&my_led.devno, 0, 1, "s3c_led_driver"); //1申请cdev
107 if (ret){
108 P_DEBUG("alloc chrdev failed! ");
109 goto err1;
110 }
111 P_DEBUG("major[%d], minor[%d] ", MAJOR(my_led.devno), MINOR(my_led.devno));
112
113 cdev_init(&my_led.led_cdev, &s3c_led_fops); //2初始化cdev
114
115 ret = cdev_add(&my_led.led_cdev, my_led.devno, 1); //3添加cdev
116 if (ret){
117 P_DEBUG("cdev_add failed! ");
118 goto err2;
119 }
120
121 my_led.config(&my_led);
122 my_led.on(&my_led);
123 P_DEBUG("hello led! ");
124 return 0;
125
126 err2:
127 unregister_chrdev_region(my_led.devno, 1);
128 err1:
129 exit_led_device(&my_led);
130 err0:
131 return ret;
132 }
133
134 static void __exit led_driver__exit(void) //模块卸载函数
135 {
136 my_led.off(&my_led);
137
138 unregister_chrdev_region(my_led.devno, 1); //卸载是注销cdev结构
139 exit_led_device(&my_led);
140 P_DEBUG("bye ");
141 }
这里就可以验证一下了：
[root: 4th]# insmod test.ko
[led_driver__init]major[253], minor[0] //申请成功的设备号
[led_driver__init]hello led!
[root: 4th]# rmmod test
[led_driver__exit]bye
既然设备申请成功，接下来就是要实现系统调用接口了。
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五、实现系统调用对应的函数ioctl
在这里，我需要实现的内容是，在应用层使用ioctl系统调用，可以操作LED配置、打开和关闭。接下来实现文件操作结构体中的ioctl。
1、首先要定义命令：
/*5th_mm_4/5th/led_ioctl.h*/
1 #ifndef _LED_H
2 #define _LED_H
3
4 #define LED_MAGIC 'x'
5 #define LED_CONF _IO(LED_MAGIC, 0)
6 #define LED_ON _IO(LED_MAGIC, 1)
7 #define LED_OFF _IO(LED_MAGIC, 2)
8
9 #endif /* _LED_H */
2、接着实现文件操作结构体中的ioctl：
/*5th_mm_4/5th/led_driver.c */ //这里我把文件的名字改了
92 int s3c_led_ioctl(struct inode *node, struct file *filp, unsigned int cmd, unsign ed long args)
93 {
94 int ret;
95 struct _led_t *dev = container_of(node->i_cdev, struct _led_t, led_cdev);
96 switch(cmd){
97 case LED_CONF:
98 dev->config(dev);
99 break;
100 case LED_ON:
101 dev->on(dev);
102 break;
103 case LED_OFF:
104 dev->off(dev);
105 break;
106 default:
107 P_DEBUG("unknow cmd! ");
108 ret = - EINVAL;
109 goto err0;
110 }
111 return 0;
112
113 err0:
114 return ret;
115 }
116
117 struct _led_t my_led;
118 struct file_operations s3c_led_fops = {
119 .ioctl = s3c_led_ioctl, //一定要加上。打开和关闭操作我不实现，使用默认的
120 };
3、接着实现应用层函数：
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7
8 #include "led_ioctl.h"
9
10 int main(int argc, char *argv[])
11 {
12 int fd;
13 fd = open("/dev/led_driver", O_RDWR);
14 if(fd < 0){
15 perror("open");
16 return -1;
17 }
18
19 ioctl(fd, LED_CONF);
20
21 if(!strncasecmp("on", argv[1], 3))
22 ioctl(fd, LED_ON);
23
24 if(!strncasecmp("off", argv[1], 3))
25 ioctl(fd, LED_OFF);
26
27
28 return 0;
29 }
验证一下：
[root: 5th]# insmod led_driver.ko
[led_driver__init]major[253], minor[0]
[led_driver__init]hello led!
[root: 5th]# mknod /dev/led_driver c 253 0
[root: 5th]# ./app on //亮灯
[root: 5th]# ./app off //灭灯
[root: 5th]# rmmod led_driver
[led_driver__exit]bye
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六、使用信号量
其实在单处理器非抢占内核下，是没有必要使用到内核同步机制的，这里使用信号量来限制只能同时一个进程打开并操作led设备文件。实现的方法就是在打开的时候使用信号量：
/*5th_mm_4/6th/led_driver.c*/
20 struct _led_t{
21 //hardware obb
22 unsigned long virt, phys;
23 unsigned long gpecon, gpedat, gpeup;
24 unsigned long reg;
25 struct resource *led_resource;
26
27 void (*config)(struct _led_t *);
28 void (*on)(struct _led_t *);
29 void (*off)(struct _led_t *);
30
31 //kernel oob
32 dev_t devno;
33 struct cdev led_cdev;
34 struct semaphore led_sem; //非抢占下，其实单纯使用一个标志flag来实现也行，
35 }; //文件打开减一，关闭加一，flag不为零时可打开。
。。。。。。。。
63 int init_led_device(struct _led_t *led)
64 {
65 led->phys = 0x56000000;
66
67 led->led_resource = request_mem_region(led->phys, 0x0c, "LED_MEM");
68 if(NULL == led->led_resource){
69 return - 1;
70 }
71
72 led->virt = (unsigned long)ioremap(led->phys, 0x0c);
73
74 led->gpecon = led->virt + 0x40;
75 led->gpedat = led->virt + 0x44;
76 led->gpeup = led->virt + 0x48;
77
78 led->config = s3c_led_config;
79 led->on = s3c_led_on;
80 led->off = s3c_led_off;
81
82 sema_init(&led->led_sem, 1);
83
84 return 0;
85 }
。。。。。。。
120 int s3c_led_open (struct inode *node, struct file *filp)
121 {
122 struct _led_t *dev = container_of(node->i_cdev, struct _led_t, led_cdev);
123 filp->private_data = dev;
124
125 if (down_trylock(&dev->led_sem)){ //获得锁
126 P_DEBUG("led busy! ");
127 return - EBUSY;
128 }
129
130 return 0;
131 }
132
133 int s3c_led_release (struct inode *node, struct file *filp)
134 {
135 struct _led_t *dev = filp->private_data;
136 up(&dev->led_sem); //释放锁
137 return 0;
138 }
139
140
141 struct _led_t my_led;
142 struct file_operations s3c_led_fops = {
143 .ioctl = s3c_led_ioctl,
144 .open = s3c_led_open,
145 .release = s3c_led_release,
146 };
为了验证，修改一下应用程序，使程序陷入死循环不退出：
/*5th_mm_4/6th/app.c*/
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7
8 #include "led_ioctl.h"
9
10 int main(int argc, char *argv[])
11 {
12 int fd;
13 fd = open("/dev/led_driver", O_RDWR);
14 if(fd < 0){
15 perror("open");
16 return -1;
17 }
18
19 ioctl(fd, LED_CONF);
20
21 if(!strncasecmp("on", argv[1], 3))
22 ioctl(fd, LED_ON);
23
24 if(!strncasecmp("off", argv[1], 3))
25 ioctl(fd, LED_OFF);
26
27 while(1)
28 {
29 ;
30 }
31
32 close(fd);
33 return 0;
34 }
也来验证一下：
[root: 6th]# insmod led_driver.ko
[led_driver__init]major[253], minor[0]
[led_driver__init]hello led!
[root: 6th]# mknod /dev/led_driver c 253 0
[root: 6th]# ./app on & //后台开灯
[root: 6th]# ./app off //在灭灯
[s3c_led_open]led busy! //灭灯进程无法打开设备文件，返回错误
open: Device or resource busy
[root: 6th]# rmmod led_driver
[led_driver__exit]bye
这样，一个简单的LED驱动就实现了，大家也可以尝试将my_led结构体通过kmalloc来申请，我只是觉得这个结构体占用的空间不多，就把这个步骤免了。
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七、总结
上面的驱动我是按以下顺序写的：
1）实现硬件操作config,on.off
2）定义面向对象数据结构
3）定义硬件初始化操作
4）实现字符设备注册
5）实现ioctl等字符设备操作
6）实现信号量限制打开文件个数
上面介绍了我写驱动函数的步骤，其实最先的步骤应该是定义面向对象的数据结构，在开始实现其他的函数操作，只不过我之前已经将部分的硬件操作函数写好了，所以就稍稍改了前三步的步骤。接下来总结一下：
顺序不是一成不变的，但无论怎么写，也要按照从底层到上层，逐个逐个往上封装。
当然，这个驱动只是我结合了之前学的知识写的，内核中的驱动不可能这么简单，
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