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驱动编程，点亮LED小灯

实现要求：1、2、3分别控制LED灯1、2、3的点亮；4、5、6则分别控制其熄灭。

知识点：字符设备驱动。

字符设备驱动实现的框架：

注册设备驱动 --> 获得设备号，将其挂在到根目录的dev目录下。

设备号分为主设备号和次设备号，主设备号主要时用来标识是哪一类设备，次设备号用来标识是这类设备里的哪一个设备。

注册字符设备函数：

#include<linux/fs.h>
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
      const struct file_operations *fops)

1：major:主设备号（主设备主要时用来标识是哪一类设备，次设备号用来标识是这类设备里的哪一个设备

        major==0:系统自动申请主设备号

        major>0:静态申请主设备号 //240

        //可以在/proc/devices里面查看已经安装的驱动以及驱动的主设备号

        cat /proc/devices

        245             watchdog

        主设备号     设备驱动名

2：name:设备驱动名

3：fops:操作方法结构指针

操作方法结构体

file_operations是一个对设备进行操作的抽象结构体。linux内核为设备建立一个设备文件，这样就使得对设备文件的所有操作，就相当于对设备的操作。用户程序可以用访问普通文件的方法访问设备文件，进而访问设备。

操作方法结构体如下：
struct file_operations {
         int (*open) (struct inode *, struct file *);
         int (*release) (struct inode *, struct file *);
         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
         }；

返回值：
        major>0:成功返回0，失败返回错误码
        major==0：成功返回申请得到的主设备号，失败返回错误码

注销字符设备驱动

void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)

功能：注销字符设备驱动
参数：
major:主设备号
name:注册时填写的设备名字

用户与内核间的数据拷贝

相关API

（相当顾名思义的接口函数）

int copy_to_user(void __user volatile *to,
                const void *from,
                unsigned long n)

功能：将内核层的数据拷贝给用户层（站在用户的角度考虑问题）
参数：
    to:用户空间接收数据的空间首地址
    from:内核空间发送数据的空间首地址
    n:大小，单位是字节
返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节个数

int copy_from_user(void *to,
                    const void __user volatile *from,
                    unsigned long n)

功能：将用户层数据拷贝给内核层
参数：
    to:内核空间接收数据的空间首地址
    from:用户空间发送数据的空间首地址
 返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节个数

 地址映射

        所谓虚拟地址映射就是从虚拟地址映射到物理地址，MMU开启后，CPU访问的地址都是虚拟地址。不光linux采用虚拟地址，windows等其他操作系统也采用虚拟地址而不直接使用物理地址。使用虚拟地址，比直接用物理地址更加安全、地址明确、高效

安全：每个进程都可以访问0-4G的任意的内存空间，这也就意味着任意一个进程都能够去读写系统相关内存区域。而使用地址映射后，可以防止木马病毒随意修改0~4G内存的空间

地址明确：程序编译完成后，直接存储在硬盘上，需要运行时，会将其挪到内存中，但是如果采用物理地址，我们将无法确定程序在哪个地址上运行

高效：如果直接使用物理内存的话，一个进程就是作为一个整体（内存块）操作的，如果出现物理内存不够用的时候，就需要将整个进程一起拷走，这样，在内存和磁盘之间拷贝时间太长，效率较低。

        控制硬件是通过操作寄存器来实现的，寄存器的地址是物理地址，但是驱动时运行在3-4G虚拟内存上。所以如果向内核中操作硬件的寄存器，可以把硬件寄存器映射成虚拟内存，映射在内核空间。

        比如，如果我们想向0X020E0068 这个寄存器地址写入数据，本来可以直接进行，但是开启了MMU，并且设置了内存映射，因此就不能直接向 0X020E0068 这个地址写入数据了。我们必须得到 0X020E0068 这个物理地址在 Linux 系统里面对应的虚拟地址，这里就涉及到了物理内存和虚拟内存之间的转换，需要用到两个函数： ioremap 和 iounmap。

ioremap 函数

//原型
#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size), MT_DEVICE)

void *ioremap(phys_addr_t offset, size_t size)

ioremap 是个宏，有两个参数： cookie 和 size，真正起作用的是函数__arm_ioremap，此函数有三个参数和一个返回值，此处不做深究

ioremap函数：

功能：
将物理内存映射为虚拟内存
参数：
           offset:物理地址
           size:映射的大小
 返回值:成功返回映射的虚拟内存首地址，失败返回NULL

iounmap 函数

卸载驱动的时候需要使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射， iounmap 函数原型如下：

void iounmap(void __iomem *addr)

功能：取消物理内存的映射
参数：映射的虚拟内存首地址
返回值：无

编写LED灯驱动

先要确定LED的引脚

直接看芯片手册可知：

LED1---->PE10---->GPIOE---->AHB4总线 

LED2---->PF10---->GPIOF---->AHB4总线 

LED3---->PE8 ---->GPIOE---->AHB4总线 

排除掉默认的设置，只需要设置三个部分

RCC使能，GPIO_MODER输出，GPIO_ODR控制灯的亮灭

以LED1为例，它们的宏定义为，然后根据引脚偏移：

#define PHY_LED1_MODER 0X50006000
#define PHY_LED1_ODR   0X50006014
#define PHY_LED1_RCC   0X50000A28

注意，RCC使能要最后进行。

然后是完整代码

头文件myled.h：

#ifndef __MYLED_H__
#define __MYLED_H__
//PE10
#define PHY_LED1_MODER 0X50006000
#define PHY_LED1_ODR   0X50006014
#define PHY_LED1_RCC   0X50000A28 
//PF10
#define PHY_LED2_MODER 0X50007000
#define PHY_LED2_ODR   0X50007014
#define PHY_LED2_RCC   0X50000A28
//PE8
#define PHY_LED3_MODER 0X50006000
#define PHY_LED3_ODR   0X50006014
#define PHY_LED3_RCC   0X50000A28 
#endif

驱动文件：demo.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include"myled.h"
#define CNAME  "mycdev"

int major;//定义变量接收主设备号
char kbuf[128]={};//定义数组用于存放和用户之间拷贝的数据
unsigned int *vir_moder;
unsigned int *vir_odr;
unsigned int *vir_rcc;

unsigned int *vir_2_moder;
unsigned int *vir_2_odr;
unsigned int *vir_2_rcc;

unsigned int *vir_3_moder;
unsigned int *vir_3_odr;
unsigned int *vir_3_rcc;

//对应的是open()
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
      return 0;
}
//read()
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    //size参数是用户期待读到的字节长度
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_to_user(ubuf,kbuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
     
       return size;
}
//write()
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_from_user(kbuf,ubuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
    if(kbuf[0]=='1')//开灯
        (*vir_odr) |= (1<<10);
    else if(kbuf[0]=='2')//LED2
        (*vir_2_odr) |= (1<<10);
    else if(kbuf[0]=='3')//LED3
        (*vir_3_odr) |= (1<<8);
/********************************************/
    else if(kbuf[0]=='4')
        (*vir_odr) &= ~(1<<10);
    else if(kbuf[0]=='5')
        (*vir_2_odr) &= ~(1<<10);
    else if(kbuf[0]=='6')
        (*vir_3_odr) &= ~(1<<8);
/*******************************************/    
    else if(kbuf[0]=='7')
    {
        (*vir_odr) |= (1<<10);
        (*vir_2_odr) |= (1<<10);
        (*vir_3_odr) |= (1<<8);
    }    
    else if(kbuf[0]=='8')
    {
        (*vir_odr) &= ~(1<<10);
        (*vir_2_odr) &= ~(1<<10);
        (*vir_3_odr) &= ~(1<<8);
    }    

    return size;
}
//close()
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
       return 0;
}
//操作方法结构体的初始化
struct file_operations fops=
{
    .open=mycdev_open,
    .read=mycdev_read,
    .write=mycdev_write,
    .release=mycdev_close,
};

//入口函数，当驱动安装的时候执行
static int __init demo_init(void)
{
    
    //动态注册字符设备驱动
    major=register_chrdev(0,CNAME,&fops);
    if(major<0)
    {
        printk("字符设备驱动注册失败\n");
        return major;
    }
    printk("字符设备驱动注册成功major=%d\n",major);
    //进行物理地址的映射
/***********************LED1*********************************/
    vir_moder=ioremap(PHY_LED1_MODER,4);
    if(vir_moder==NULL)
    {
        printk("vir_moder 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_moder 映射成功\n");
    vir_odr=ioremap(PHY_LED1_ODR,4);
    if(vir_odr==NULL)
    {
        printk("vir_odr 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_odr 映射成功\n");
    vir_rcc=ioremap(PHY_LED1_RCC,4);
    if(vir_rcc==NULL)
    {
        printk("vir_rcc 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_rcc 映射成功\n");
/******************LED2**********************************/
    vir_2_moder=ioremap(PHY_LED2_MODER,4);
    if(vir_2_moder==NULL)
    {
        printk("vir_2_moder 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_2_moder 映射成功\n");
    vir_2_odr=ioremap(PHY_LED2_ODR,4);
    if(vir_2_odr==NULL)
    {
        printk("vir_2_odr 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_2_odr 映射成功\n");
    vir_2_rcc=ioremap(PHY_LED2_RCC,4);
    if(vir_2_rcc==NULL)
    {
        printk("vir_2_rcc 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_2_rcc 映射成功\n");
/******************LED3********************************/
    vir_3_moder=ioremap(PHY_LED3_MODER,4);
    if(vir_3_moder==NULL)
    {
        printk("vir_3_moder 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_3_moder 映射成功\n");
    vir_3_odr=ioremap(PHY_LED3_ODR,4);
    if(vir_3_odr==NULL)
    {
        printk("vir_3_odr 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_3_odr 映射成功\n");
    vir_3_rcc=ioremap(PHY_LED3_RCC,4);
    if(vir_3_rcc==NULL)
    {
        printk("vir_3_rcc 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_3_rcc 映射成功\n");
    //寄存器的初始化
    (*vir_moder) &= ~(3<<20);
    (*vir_moder) |= (1<<20);
    (*vir_odr) &= ~(1<<10);
    (*vir_rcc) |= (1<<4);

    //LED2
    (*vir_2_moder) &= ~(3<<20);
    (*vir_2_moder) |= (1<<20);
    (*vir_2_odr) &= ~(1<<10);
    (*vir_2_rcc) |= (1<<5);
    
    //LED3
    (*vir_3_moder) &= ~(3<<16);
    (*vir_3_moder) |= (1<<16);
    (*vir_3_odr) &= ~(1<<8);
    (*vir_3_rcc) |= (1<<4);
    return 0;
}

//出口函数，卸载驱动的时候执行
static void __exit demo_exit(void)
{
    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(major,CNAME);
   
}
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL"); //声明开源协议

主函数：test.c

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128]={};
    int fd=open("/dev/my_chrdev",O_RDWR);
    if(fd<0)
    {

        printf("打开设备文件失败\n");
        exit(-1);
    }
    printf("设备文件打开成功\n");
    //在终端输入
    while(1)
    {
        printf("请输入控制命令 1、2、3：开灯 4、5、6：关灯\n");
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        //吃掉换行符
        buf[strlen(buf)-1]='\0';
        (fd,buf,sizeof(buf));
    }
    close(fd);
    return 0;
}

Makefile

modname ?= demo
arch ?= arm

KBUILD_EXTRA_SYMBOLS+=/home/ubuntu/lk/驱动开发/day2/1/Module.symvers

ifeq ($(arch),arm)#arm架构
KERNELDIR := /home/ubuntu/fsmp1a/linux-stm32mp-5.10.61-stm32mp-r2-r0/linux-5.10.61
else
KERNELDIR:= /lib/modules/$(shell uname -r)/build #当前x86架构格式路径
#KERNELDIR是一个变量，指向内核源码目录
endif
PWD:=$(shell pwd)
#PWD指向当前驱动目录的一个变量


all:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
#make -C $(KERNELDIR)
#进入内核顶层目录下，读取对应的Makefile文件，然后执行make
#M=$(PWD)  		:指定边沿模块的路径为当前驱动路径
#make modules	:模块化编译
#进入内核顶层目录使用其中的Makefile对当前文件进行模块化编译
clean:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
#清除编译

obj-m:=$(modname).o
#指定当前编译生成的模块名字为demo  demo.c ==> demo.ko

调试

首先编译驱动

make arch=arm modname=demo

然后会产生：一个.ko文件：demo.ko

把这个文件复制到主板挂载的目录下

cp demo.ko ~/nfs/rootfs

再用交叉编译工具链编译test.c文件

arm-linux-gnueabihf-gcc test.c

生成一个a.out文件，也挂载到主板上

cp a.out ~/nfs/rootfs

打开串口工具

在串口工具内注册驱动

insmod demo.ko

然后创建设备节点

 mknod /dev/my_chrdev c 242   0   //←次设备号
//      路径   节点名  c  主设备号
                      ↑文件类型

最后直接运行a.out文件即可

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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