驱动编写的3种方法

以 LED 驱动为例。

传统写法：

-使用哪个引脚，怎么操作引脚，都写死在代码中。

-最简单，不考虑扩展性，可以快速实现功能。

-修改引脚时，需要重新编译。

总线设备驱动模型：

• 引入 platform_device/platform_driver，将“资源”与“驱动”分离开来。
• 代码稍微复杂，但是易于扩展。
• 冗余代码太多，修改引脚时设备端的代码需要重新编译。
• 更换引脚时，图 9.3 中的 led_drv.c 基本不用改，但是需要修改 led_dev.c。

Bus/Dev/Drv 模型：

• 在内核里面有一个结构体(虚拟总线)：platform_bus_type
• 这个总线抽象了2个链表：
  • 驱动链表：platform_driver
  • 设备链表：platform_device

如下图：

• 设备链表的每个设备要注册硬件资源（比如寄存器地址，内存地址，中断号）：
  • platform_device_add(struct platform_device *pdev) （用于在链表创建设备）
• 驱动链表的每个驱动要注册通用代码（比如注册字符驱动程序）
  • platform_driver_reqister(drv)
• 每次注册新的驱动内核会自动去匹配设备，匹配成功就调用引脚编号等硬件资源，然后注册字符驱动。
• 每次注册新设备时内核也会自动去匹配驱动。

设备树：

• 因为Bus/Dev/Drv 模型也是用的.c文件，每次修改完后都需要重新编译，如果.c文件太多，内核会非常庞大。

• 在设备树里面加入设备节点，内核会自动构造 platform_deivce。
• 在板子启动的时候，需要一个 uboot文件 ，他的作用是：
  • 把SD卡里面的 dtb 文件放入内存；
  • 把SD里面的 uImage 放入内存；
  • 启动内核（把设备树地址传入内核，内核会把设备树文件解析成各种platform_deivce）；
• 以后修改了板子，只需要修改设备树dtb就可以了。

• 通过配置文件──设备树来定义“资源”。
• 代码稍微复杂，但是易于扩展。
• 无冗余代码，修改引脚时只需要修改 dts 文件并编译得到 dtb 文件，把它传给内核。
• 无需重新编译内核/驱动。

模板代码

demo_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>

struct gpio_desc{
    int gpio;
    int irq;
    char name[128];
    int value;
    struct timer_list demo_timer;
} ;

static struct gpio_desc *gpios; 
static int count;               // 引脚个数

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;

/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_demos[BUF_LEN];
static int r, w;

struct fasync_struct *demo_fasync;

#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)

static int is_demo_buf_empty(void)
{
    return (r == w);
}

static int is_demo_buf_full(void)
{
    return (r == NEXT_POS(w));
}

static void put_demo(int value)
{
    if (!is_demo_buf_full())
    {
        g_demos[w] = value;
        w = NEXT_POS(w);
    }
}

static int get_demo(void)
{
    int value = 0;
    if (!is_demo_buf_empty())
    {
        value = g_demos[r];
        r = NEXT_POS(r);
    }
    return value;
}

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);

// static void demo_timer_expire(struct timer_list *t)
/* 定时器回调函数 */
static void demo_timer_expire(unsigned long data)
{
    /* data ==> gpio */
    // struct gpio_desc *gpio_desc = from_timer(gpio_desc, t, demo_timer);
    struct gpio_desc *gpio_desc = (struct gpio_desc *)data;
    int get_val;
    int ture_val;

    /* 获取引脚值 */
    get_val = gpio_get_value(gpio_desc->gpio);

    //printk("demo_timer_expire key %d %d\n", gpio_desc->gpio, val);
    ture_val = (gpio_desc->value) | (get_val << 8);

    /* 放入缓冲区 */
    put_demo(ture_val);

    /* 唤醒等待的进程*/
    wake_up_interruptible(&gpio_wait);

    /*取消异步I/O操作 */
    kill_fasync(&demo_fasync, SIGIO, POLL_IN);
}

/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t demo_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    //printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    int err;
    int get_val;

    /* 缓冲区是为空 并且为非阻塞模式  则立刻返回错误*/
    if (is_demo_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
        return -EAGAIN;

    /* 把这个进程挂入等待队列，等待缓冲区非空 */
    wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_demo_buf_empty());

    /* 从缓冲区获取引脚值 */
    get_val = get_demo();

    /* 把数据拷贝到用户空间 */
    err = copy_to_user(buf, &get_val, 4);

    return 4;
}

static ssize_t demo_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    unsigned char ker_buf[2];
    int err;

    if (size != 2)
        return -EINVAL;

    /* 获取用户空间数据（2字节） */
    err = copy_from_user(ker_buf, buf, size);

    /* 用户输入的引脚超过引脚个数 */
    if (ker_buf[0] >= sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]))
        return -EINVAL;

    /* 设置引脚值 */
    gpio_set_value(gpios[ker_buf[0]].gpio, ker_buf[1]);

    return 2;    
}

static unsigned int demo_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
    //printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

    /* 加入等待队列 */
    poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);

    /* 判断缓冲区是否为空 */
    return is_demo_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}

static int demo_fasync_fuc(int fd, struct file *file, int on)
{
    if (fasync_helper(fd, file, on, &demo_fasync) >= 0)
        return 0;
    else
        return -EIO;
}

/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations demo_drv = {
    .owner     = THIS_MODULE,
    .read    = demo_read,
    .write   = demo_write,
    .poll    = demo_poll,
    .fasync  = demo_fasync_fuc,
};

/* 中断回调函数 */
static irqreturn_t demo_isr(int irq, void *dev_id)
{
    /* 从设备树获取引脚值 */
    struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;

    printk("demo_isr key %d irq happened\n", gpio_desc->gpio);

    /* 开启定时器 */
    mod_timer(&gpio_desc->demo_timer, jiffies + HZ/5);

    return IRQ_HANDLED;
}

/* 在入口函数 */
static int gpio_drv_probe(struct platform_device *pdev)
{
    int err = 0;
    int i;
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;     // 取出设备树节点
    struct resource *res;

    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

    /* 从platfrom_device获得引脚信息 
     * 1. pdev来自c文件
     * 2. pdev来自设备树
     */

    if (np)
    {
        /* pdev来自设备树 : 示例
        reg_usb_ltemodule: regulator@1 {
            compatible = "100ask,gpiodemo";
            gpios = <&gpio5 5 GPIO_ACTIVE_HIGH>, <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        };
        */

        /* 获取引脚个数 */
        count = of_gpio_count(np);  
        if (!count)
            return -EINVAL;

        /* 申请内存 */
        gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);

        /* 获取引脚 */
        for (i = 0; i < count; i++)
        {
            gpios[i].gpio = of_get_gpio(np, i);
            sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", np->name, i);   // 设置名字
        }
    }
    else
    {
        /* pdev来自c文件 
        static struct resource omap16xx_gpio3_resources[] = {
            {
                    .start  = 115,
                    .end    = 115,
                    .flags  = IORESOURCE_IRQ,
            },
            {
                    .start  = 118,
                    .end    = 118,
                    .flags  = IORESOURCE_IRQ,
            },        };        
        */
        count = 0;
        while (1)
        {
            /* 获取引脚 */
            res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, count);
            if (res)
            {
                count++;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }

        if (!count)
            return -EINVAL;

        /* 申请内存 */
        gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);
        for (i = 0; i < count; i++)
        {
            res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i);  // 获取引脚
            gpios[i].gpio = res->start;                             // 设置引脚
            sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", pdev->name, i);     // 设置名字
        }

    }

    for (i = 0; i < count; i++)
    {        
        /* 获取中断号 */
        gpios[i].irq  = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);

        /* 创建定时器 */
        setup_timer(&gpios[i].demo_timer, demo_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);
        // timer_setup(&gpios[i].demo_timer, demo_timer_expire, 0);

        /* 设置定时器超时时间 */  
        gpios[i].demo_timer.expires = ~0;

        /* 添时器加定 */
        add_timer(&gpios[i].demo_timer);

        /* 注册中断 */
        err = request_irq(gpios[i].irq, demo_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_demo", &gpios[i]); 
    }

    /* 注册file_operations     */
    major = register_chrdev(0, "100ask_demo", &demo_drv);  /* /dev/gpio_desc */

    gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_demo_class");
    if (IS_ERR(gpio_class)) {
        printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        unregister_chrdev(major, "100ask_demo");
        return PTR_ERR(gpio_class);
    }

    device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_demo"); /* /dev/100ask_demo */

    return err;
}

/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
 */
static int gpio_drv_remove(struct platform_device *pdev)
{
    int i;

    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

    device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(gpio_class);
    unregister_chrdev(major, "100ask_demo");

    for (i = 0; i < count; i++)
    {
        free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
        del_timer(&gpios[i].demo_timer);
    }

    return 0;
}

/* 设备树匹配结构体 */
static const struct of_device_id gpio_dt_ids[] = {
        { .compatible = "100ask,gpiodemo", },
        { /* sentinel */ }
};

static struct platform_driver gpio_platform_driver = {
    .driver        = {
        .name    = "100ask_gpio_plat_drv",
        .of_match_table = gpio_dt_ids,
    },
    .probe        = gpio_drv_probe,
    .remove        = gpio_drv_remove,
};

static int __init gpio_drv_init(void)
{
    /* 注册platform_driver */
    return platform_driver_register(&gpio_platform_driver);
}

static void __exit gpio_drv_exit(void)
{
    /* 反注册platform_driver */
    platform_driver_unregister(&gpio_platform_driver);
}

/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

demo_test.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

static int fd;

/*
 * ./demo_test /dev/100ask_demo
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
    int val;
    struct pollfd fds[1];
    int    flags;

    int i;

    /* 1. 判断参数 */
    if (argc != 2) 
    {
        printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    /* 2. 打开文件 */
    fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1)
    {
        printf("can not open file %s\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    for (i = 0; i < 10; i++) 
    {
        if (read(fd, &val, 4) == 4)
            printf("get demo: 0x%x\n", val);
        else
            printf("get demo: -1\n");
    }

    flags = fcntl(fd, F_GETFL);
    fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);

    while (1)
    {
        if (read(fd, &val, 4) == 4)
            printf("get demo: 0x%x\n", val);
        else
            printf("while get demo: -1\n");
    }

    close(fd);

    return 0;
}

Code language: PHP (php)

Makefile

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR =  /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
    $(CROSS_COMPILE)gcc -o demo_test demo_test.c
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order  demo_test

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o

obj-m += demo_drv.o

Code language: PHP (php)