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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 #include static int hellomodule_init(void) { printk("hello wordn"); return 0; } static void hellomodule_exit(void) { printk("goodbye wordn"); return; } module_init(hellomodule_init); module_exit(hellomodule_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); 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; } 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 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 0 108：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 0 108：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 #include #include #include #include #include #include #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 #include #include #include #include #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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