预告
-- 1、杂项驱动设备开发
-- 2、linux2.6设备驱动开发
-- 3、设备树（驱动的分层思想）
-- 4、平台设备总线（驱动分层）
-- 5、内核接口
目录
-- 2、在内核框架-》把设备抽象为文件（这就需要讲内核驱动的接口）
-- 3、编译成.ko-》用insmod xxx.ko-》生成设备文件（/dev/xxxx）
-- 4、调用加载/入口函数（这里面有你写的内核框架），然后生成设备文件
-- 2、设备驱动文件分为三大类：字符设备文件，块设备文件，网络设备文件。
-- （2）gpio_free();//释放不再使用这个IO口
-- （3）gpio_direction_input();//设置引脚为输入模式
-- （4）gpio_direction_output();//调节引脚为输出模式
-- （5）gpio_set_value();//设置引脚当前的输出状态
-- （6）gpio_get_value();//获取当前引脚的状态-》不限制是输入还是输出
回顾
-- 系统分为两层：一层是系统层，一层是内核层
-- 我们之前所写的所有的程序，都是运行在系统层面的（这个层面的特点：安全，可靠，内存都是虚拟的）
-- 之前我们所学习的系统层面的知识包括接口包括框架，在内核层是无法使用的，所以我们学习了一个内核层运行的框架
-- 之后引入内核层的框架
-- 该驱动代码直接编译百分百报错！他是运行在内核层的，靠内核编译！
-- 所以我们提供了一个通用的Makefile（适用于任何的驱动编译，任意的内核版本）
-- ！insomd加载函数，rmmod卸载函数
- 注意：不能连续执行两次加载函数（因为内核的代码，内核的驱动只能被加载一次）
-- 下午还带着大家安装了一个软件：source insight 4.0 -》原则上是收费的
-
作用就是看内核：大概有57000个文件
-
这么大的数据量，放到不管哪个代码阅读软件身上，都是不可能的，例如放在vscode上，运行一段时间直接会死掉。
-- 目前据我了解，也就sorce insight可以打开这么大的文件，但是同步的时间较为漫长
驱动开发的基础知识
-- 1、何为驱动？
- 驱使硬件正常工作的代码就叫做驱动
在stm32里面：
无非就是编写寄存器代码初始化外设-》通信传感器
在linux下驱动：
不像stm32一样
例如：LED灯
stm32：
初始化GPIO寄存器（库函数）
在main-》点灯/关灯/闪灯
Linux下：
也可以像STM32一样在内核层直接开灯。 但是内核层不断的加载卸载实际上很浪费资源，效率很低。linux下内核模块代码，是独立运行的单元
很难像stm32那样一个代码一个工程代表整个单片机运行程序
就算是我stm32一样写代码把等的功能写死-》运行在内核层！ 请问系统开发工程师（不懂驱动的），他怎么操作LED灯。
linux的分层思想
-- STM32分层
-- linux分层
-- linux因为分层（在软件和硬件之间多了个中间层），不管换什么平台-》开发驱动的框架，代码都是一样的。
中间层：实现软硬件分离
-- 中间层就一个目的：统一开发接口
-- 在linux下分层思想处处可见，不仅仅把驱动做了分层，底层的各种外设也做了大量的分层
-- 例如SPI分为
- linux通用接口层
- 厂商BSP适配的驱动层
-- 甚至最新的platfrom也在统一分层思想：
-- 一个简简单单的驱动他也想分为两层：
-
硬件信息：提供LED风的引脚和电平状态
-
通用驱动：LED灯驱动-》没有指定具体LED灯的引脚，电平状态
-- linux最终发展：把厂商的驱动也做了分层
-- 最终的框架是这样的，不仅把我们写的驱动给分层了，把厂商的驱动也做了分层，分为硬件信息和底层驱动
-- linux下你所学习的所有接口，所有的函数都是真通用！（适用于任意版本的linux（除了linux2.6之前）），适用于任意的linux硬件/包括安卓/包括开源鸿蒙。
-- 假如我写了一个驱动，你作为智能家居的软件开发工程师，你想在你的应用里面控制我写的驱动底层的LED灯！难道你要再学一下驱动吗？
-- 真正的Linux驱动：
不像STM32一样把驱动写死了，首先linux下的驱动符合驱动的原则：趋势硬件工作
linux做的主要工作就是把这个LED灯的这个设备在内核层“抽象”为一个文件（设备文件）
我们内部写的驱动就是在完成这样的事-》（把硬件变成文件）
-- 系统上层开发者他操作底层设备就是在操作文件
以LED灯为例：
我的LED灯的设备，经过我写的驱动，就会在/dev/目录下生成一个文件/dev/myled
上层开发者打开/dev/myled文件，-》灯就开了
上层开发者关闭/dev/myled文件，-》灯就灭了
上半节课的总结
-- linux分层思想：
主要是想告诉大家，linux下的所有的函数接口是通用的，隔离硬件的，软硬件分离，你写的代码原则适用于任何的平台
-- 实际上在发展中：
把驱动也做了分层，分为硬件层（硬件信息层）和软件层（软件代码层）
- 而软件代码层就在所有的平台通用了，而硬件信息层就渐渐演变成了设备树，
bsp厂商把驱动分为两层：硬件层，软件层
-- 我们现在初学的linux下的驱动，暂时不考虑分层
-- linux下驱动的特点：不是直接在内核层操作硬件，而是写好“接口“，这个接口就是文件（文件的打开、关闭、读写），让上层操作。
驱动开发的框架
刚才大家也看到了一个真实的驱动：
1：为什么要生成设备文件
2：为什么不再内核直接操作 LED 灯
3：为什么要用上层操作 LED 灯
⚫ 这三个问题
可以用一个答案解决：
便于管理 使用 通用。
我感觉最合适的原因：他就是为了让上层人员使用底层的硬件！
为什么安卓开发工程师它可以使用闪光灯！->强灯->IO 口！->LED
之所以生成设备文件：
就是为了让上层方便操作
以便于后续项目开发！
你写的驱动就是把硬件所有可操作的接口留给上层
留给上层就是留给用户！
-- 驱动框架肯定运行在内核层
-- 1、写一个内核框架
-- 2、在内核框架-》把设备抽象为文件（这就需要讲内核驱动的接口）
我们讲的第一个内核驱动的接口就是杂项驱动（开发驱动最简单的方法）
怎么把设备抽象为文件呢？
- 1、设备的设备号（也就是设备ID），让内核管理
- 2、还要有设备内核的操作接口，就是文件操作接口（内核驱动开发者要单独实现一套）
例：其实就是上层调用read，然后去调用内核层的read函数
-- 你写的内核层的open，close，read，write跟上层（也就是系统层）是一一对应的。这也是你留给上层人员的操作接口。
-- 3、编译成.ko-》用insmod xxx.ko-》生成设备文件（/dev/xxxx）
-- 4、调用加载/入口函数（这里面有你写的内核框架），然后生成设备文件
-- 5、上层人员/你，通过调用文件操作，来操作设备
设备驱动文件的特点
-- 1、是系统的特殊文件之一：
（系统的特殊文件都有哪些，有管道，套接字，块设备文件，字符设备文件），这些文件都有个特点，都用低级io（也就是非缓冲区IO）来操作文件（例如open，而不是fopen）
-- 2、设备驱动文件分为三大类：字符设备文件，块设备文件，网络设备文件。
- 字符设备文件（char）：一般指的是除了存储和网络设备之外的所有的其他设备，包括鼠标，按键，触摸屏，LED灯，蜂鸣器，键盘，摄像头，LCD
//文件前面的权限前面的C
-
块设备文件（是非常少解除的开发驱动的类型）：
正常的芯片，（一般是厂商都完成了这类芯片的初始化）
小型存储器（SPI_SPIFLASHS），也很少见到 -
网络设备文件：基本上你开发网络设备只会开发两种：wifi，4G/5G
-- 所以说我们关注的点就是字符设备文件
-- 3、所有的设备文件都有一个设备号
-- 设备文件都有一个设备号，设备号是一个独立且不重复的数字
-- 设备号原则上是一个32bit的无符号数字
-- 所以理论来说内核最大的挂载的设备-》2^32->40亿个设备
-- 分为主设备号（占设备号的高12bit），次设备号（占设备号的高20bit）
其中主设备号的范围 - 》0-255 其中次设备号的范围 - 》0-255
-- 实际上系统最多运行挂载：255个255：每一个主设备可以有255个次设备（255*255）
-- 4、字符设备传输按字节来传输的
-- 接下来我们所讲的开发在没有特殊提示下，一般说的都是字符设备文件！
其中字符设备文件的开发又分为三类：
- 1、杂项开发方法（第一个讲解驱动开发方法，也是最简单的）
- 2、经典开发方法（删掉，不再考虑了）
- 3、linux2.6开发方法（第一个讲解驱动开发方法，是最标准的）
杂项的驱动开发
-- ！！！杂项是信盈达起的名字，有的人不认，叫做：
- 字符设备的开发方法（cdev）
-- 1、杂项驱动设备文件的特点
-- 杂项：指的是一类设备，原则上是不想分类的设备！
一类设备独占一个主设备，所有的杂项设备的主设备号都是10
杂项的次设备号自动分配
-- 也就说杂项发开不用考虑设备号的问题
-- 2、杂项驱动开发的接口
-- 有两个
一个是misc_register函数，叫做杂项的注册函数
一个是misc_deregister函数，叫做杂项的取消注册
-- 我们在讲解内核接口的时候，我们在内核开发是属于使用者，而非研究者（不用研究内核源码）
要学会如何传参，如何调用，而不是如何实现这个代码
misc_register函数，叫做杂项的注册函数
-- 函数的功能：杂项设备的注册，注册完毕后会在/dev/生成对应的设备文件，再将设备的信息注册到内核（链表（不需要研究））
-- 函数的头文件：<linux/miscdevice.h>
-- 函数的原型：int misc_register(struct miscdevice *misc)
-- 函数的参数：misc：注册杂项设备的核心结构体，内部有其注册的详细信息。
-- 其中只用对三个变量初始化，其他成员变量大家不用理会，已经被函数内部做过了初始化。
- minor：次设备号（那么为什么不用主设备号（major），因为主设备号是固定的，就是10）
原则我们不清楚哪个设备号可以被占用，我们一般填255-》让函数自动分配可用的次设备号。
-
name：这个就是你注册设备要生成的设备文件名，比如你填写的是xyd_led,就会生成/dev/xyd_led这个设备文件！
-
fops：这个结构体内部是大量的函数指针，也是你注册这个设备文件对应的内核层的接口。虽说实现的接口对，但不是让你都实现，需要根据自己的实际情况，选择性实现。最起码需要实现的三个成员变量：
struct module *owner；
int (*open) (struct inode *inode, struct file *file);
int (*release) (struct inode *inode, struct file *file);
-- 还有read和write。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
struct file_operations {
struct module *owner;
ssize_t (*read)(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write)(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
}
这个结构体很大，但是并不是所有的成员变量你都需要实现
根据自己的需求：举个例子：作为一个 LED 灯来说
我只有那些功能：开灯(open)和关灯(close)
作为一个按键来说：只有 按下和松开->需要读取数据
只需要 open close read->读取按键的数据(按下了还是松开)
作为 BH1750 为例子：
只需要 open close read (返回光照传感器数据！)就行
所有的驱动一般来说：至少实现 open close!!!
还需要实现： owner->固定填写 THIS_MODULE
其中owner：固定填写 THIS_MODULE
-- 函数的返回值：注册设备成功返回0，失败返回非0
misc_deregister函数，叫做杂项的取消注册
-- 函数的原型：void misc_deregister(struct miscdevice *misc)
如何注册的杂项，直接把注册的那个结构体填入其中，百分百能取消注册。
-- 3、写一个杂项驱动
- main.c
#include "stdio.h"
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "unistd.h"
int main()
{
while(1)
{
int fd = open("/dev/xyd_led", O_RDWR);
sleep(1);
close(fd);
sleep(1); // 1s 一次
}
return 0;
}
- 1.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
struct miscdevice mymisc;
struct file_operations myfops;
int myled_open(struct inode *i, struct file *f)
{
printk("这个是内核层的open！\r\n");
//所有的时钟你不用操心
//申请GPIO
return 0;
}
int myled_close(struct inode *i, struct file *f)
{
printk("这个是内核层的close！\r\n");
return 0;
}
static int __init myled_init(void)
{
int ret = 0；
mymisc.minor = 255;
mymisc.name ="xyd_led";
mymisc.fops = &myfops;
myfops.owner = THIS_MODULE;
myfops.open = &myled_open;
myfops.release = &myled_close;
ret = misc_register(&mymisc);
return ret;
}
static void __exit myled_exit(void)
{
}
module_init(myled_init);
module_exit(myled_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
-- 总结上午讲的内容，也就是写了一个最简单的驱动，也就是杂项驱动，目前没有功能，纯打印。生成了一个驱动设备文件-》杂项驱动设备文件-》/dev/xyd_led，主设备号为10（杂项最大特点之一）
补充：c90错误
-- 如果代码是这么写的，将变量的定义放在后面，就会出现错误。但其实这个错误是c90的，c90是c语言的一个标准，c90要求所有的变量必须先定义，后使用。但是c99就不要求了，所以编译器会报错，但是不影响编译，只是警告而已。只需要将Makefile中的89都改为99即可，但是只改这个还不行，Makefile中还写了一个标准将警告也当作错误了，要把警告也当成错误的语句注释掉。这样就不会再报错了
-- 更改Makefile
-- 上午代码的意义：系统层调用了内核层，系统曾和内核层的数据交换
/
-- 下面来看中间层
GPIO子系统
1、什么是GPIO子系统
-- 他就是linux提供的中间层接口，这是一个真通用的接口之一。
-- 这个接口就可以在任意的linux系统下控制GPIO口，但是这个功能有限，只能控制GPIO的两大功能：输入（获取电平的状态），输出（输出0/1）
2、GPIO子系统的接口
-- （1）gpio_request();
- 获取/申请 一个IO口使用
但是就算是申请失败，你也可以控制
-- 函数的功能：向内核申请使用一个GPIO口
-- 函数的头文件：<linux/gpio.h>
-- 函数的原型：int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
-- 函数的参数：gpio：他就是你要控制的IO口的编号，这个编号是可以算出来的:
linux下GPIO规律：引脚都是从0编号开始的。
以stm32为例：stm32f103zet6
PA0-PA15，PB0-PB15
PA0在Linux下对应的编号为0
PA1在Linux下对应的编号为1
。。。。。
PB0在Linux下对应的编号为16
PA1在Linux下对应的编号为17
- 几乎所有的厂商的芯片的GPIO口，引脚都是规整的（除了三星的一些芯片），以瑞芯微为例：
分大组（数字编号 0123。。。） ，每个大组有司机小组ABCD
和小组（字母编号ABCD。。。）。，每个小组有8个引脚
举个例子：GPIO0_A6：就是0组的第0小组的第6个引脚
GPIO4_B6：就是4组的第1小组的第6个引脚
-- 总结：一个大组：32个引脚。一个小组8个引脚
-- 所以GPIO0_A6就是032+08+6=6
-- 所以GPIO4_B6就是432+18+6=142
-- 根据原理图可知：LED的两个引脚是
-
GPIO0_C5（LED1）:0+2*8+5 = 21
-
GPIO0_C6（LED2）:0+2*8+6 = 22
/写的代码引脚写的是21和22
-- label：标签名字（这个名字无所谓，但是不要填”aaaa“，太不专业）
-- 函数的返回值：如果这个IO口，没有人，没有驱动/没有程序之前申请过，那就给你返回一个正确-》0，如果检测到了，有人之前申请过还没释放，返回非0.
-- （2）gpio_free();//释放不再使用这个IO口
-- 函数的原型：void gpio_free(unsigned gpio)
-- 函数的参数：gpio：你要释放的IO口编号
-- 直接就释放了引脚
-- （3）gpio_direction_input();//设置引脚为输入模式
-- 函数的原型：int gpio_direction_input(unsigned gpio)
-- 函数的参数：gpio：你要设置的引脚编号
-- 函数的返回值：如果设置成功，返回0，失败返回非0
-- （4）gpio_direction_output();//调节引脚为输出模式
-- 函数的原型：int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
-- 函数的参数：gpio：你要设置的引脚编号，value：你要设置的引脚的输出状态（初值）
-- 函数的返回值：如果设置成功，返回0，失败返回非0
-- （5）gpio_set_value();//设置引脚当前的输出状态
-- 函数的原型：void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
-- 函数的参数：gpio：你要设置的引脚编号，value：你要设置的引脚的输出状态（0/1）
-- （6）gpio_get_value();//获取当前引脚的状态-》不限制是输入还是输出
-- 函数的原型：int gpio_get_value(unsigned gpio)
-- 函数的参数：gpio：你要获取的引脚编号
-- 函数的返回值：返回当前引脚的状态（0/1）
杂项驱动下的beep
-- 先创建两个文件一个写内核层，一个写系统层，然后打开vscode
-- 然后先将框架写好，之后可以直接复制上节课的头文件路径，也可以再次配置头文件路径。注意要写成绝对路径
-- 然后先注册一个设备，先将要写的内核层的open和close函数的名字写好
-- 然后写内核层的open和close函数，如何找到函数原型
-- 右键open转到声明，之后找到open和close的函数原型
-- 将搜到的函数原型复制过来，并将参数加上
-- 我们看原理图可知蜂鸣器的引脚为GPIO1_A4= 132+08+4=36，所以先申请这个引脚
-- 由原理图可知，高电平为导通，蜂鸣器响，低电平不导通，蜂鸣器不响
-- 申请设备并且赋初值。
-- 然后写内核层控制硬件的函数
-- 之后写系统层的代码，打开文件和关闭文件
-- 先用man 2 open找到文件函数头文件
-- 注意打开的文件名就是/dev下的刚刚设置的名字
-- 注意要将编译main.c也写到makefile中
-- 之后make编译
-- 连接开发板
-- 注意！！！：会出现的错误，有关结构体的参数，一定要先赋值
-- 推送之后，再开一个终端打开adb终端
adb shell
-- 然后加载驱动，之后执行main函数
-- 注意：驱动只能加载一次，如果加载过了再次加载会出现错误，如果重新更改过代码，首先应该再次push进adb，之后要重启adb终端，可以输入reboot指令。
-- 再次加载驱动之后执行main函数就可以看到蜂鸣器响起来了