Linux驱动开发（三）--新字符设备驱动开发 LED驱动开发升级

1、新字符设备驱动原理

使用 register_chrdev 函数注册字符设备的时候只需要给定一个主设备号即可，但是这样会
带来两个问题
  • 需要我们事先确定好哪些主设备号没有使用

  • 会将一个主设备号下的所有次设备号都使用掉，比如现在设置 LED 这个主设备号为200，那么 0~1048575(2^20-1) 这个区间的次设备号就全部都被 LED 一个设备分走了。这样太浪费次设备号了！一个 LED 设备肯定只能有一个主设备号，一个次设

旧字符驱动模式，如下所示：

新字符驱动模型，如下所示：

2、分配和释放设备号

解决这两个问题最好的方法就是要使用设备号的时候向 Linux 内核申请，需要几个就申请
几个，由 Linux 内核分配设备可以使用的设备号。
如果没有指定设备号的话就使用如下函数来申请设备号： 
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
如果给定了设备的主设备号和次设备号就使用如下所示函数来注册设备号即可 
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
注销字符设备之后要释放掉设备号 ，不管是通过 alloc_chrdev_region 函数还是
register_chrdev_region 函数申请的设备号，统一使用如下释放函数： 
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
综上所述，新字符设备驱动下，设备号分配示例代码如下： 
 int major; /* 主设备号 */
 int minor; /* 次设备号 */
 dev_t devid; /* 设备号 */
 
 if (major) { /* 定义了主设备号 */
 devid = MKDEV(major, 0); /* 大部分驱动次设备号都选择 0*/
 register_chrdev_region(devid, 1, "test");
 } else { /* 没有定义设备号 */
 alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */
 major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */
 minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}

注销设备很简单，因为我们的CNT是1嘛，如下所示：

unregister_chrdev_region(devid, 1);

3、新的字符设备注册方法（cdev）

其中我们要涉及用到cdev，在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备，cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中的定义如下：

 struct cdev {
  struct kobject kobj;
  struct module *owner;
  const struct file_operations *ops;
  struct list_head list;
  dev_t dev;
  unsigned int count;
};
在 cdev 中有两个重要的成员变量： ops 和 dev ，这两个就是字符设备文件操作函数集合
file_operations 以及设备号 dev_t 。编写字符设备驱动之前需要定义一个 cdev 结构体变量，这个
变量就表示一个字符设备，如下所示： 
struct cdev test_cdev;
参数 cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量，参数 fops 就是字符设备文件操作函数集合。
使用 cdev_init 函数初始化 cdev 变量和向 Linux 系统添加字符设备 (cdev 结构体变量)的示例代码如下： 
struct cdev testcdev;
 
 /* 设备操作函数 */
 static struct file_operations test_fops = {
 .owner = THIS_MODULE,
 /* 其他具体的初始项 */
};
 
 testcdev.owner = THIS_MODULE;
 cdev_init(&testcdev, &test_fops); /* 初始化 cdev 结构体变量 */
 cdev_add(&testcdev, devid, 1); /* 添加字符设备 */

卸载删除驱动时如下所示：

cdev_del(&testcdev); /* 删除 cdev */

4、创建以及删除类和设备（class、device）

 struct class *class; /* 类 */ 
 struct device *device; /* 设备 */
 dev_t devid; /* 设备号 */ 
 
 /* 驱动入口函数 */
 static int __init led_init(void)
 {
     /* 创建类 */
     class = class_create(THIS_MODULE, "xxx");
     /* 创建设备 */
     device = device_create(class, NULL, devid, NULL, "xxx");
     return 0;
 }

 /* 驱动出口函数 */
 static void __exit led_exit(void)
 {
     /* 删除设备 */
     device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
     /* 删除类 */
     class_destroy(newchrled.class);
 }

 module_init(led_init);
 module_exit(led_exit);

整体案例代码如下所示：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define NEWCHRLED_CHT    1         /* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME "newchrled" /* 设备名字   */
#define LEDOFF           0         /* 关灯         */
#define LEDON            1         /* 开灯         */

#define CCM_CCGR1_BASE         (0X020C406C) 
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE          (0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE        (0X0209C004)

static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

struct newchrled_dev{
	dev_t devid;           /* 设备号 */
	struct cdev cdev;      /* cdev   */
	struct class *class;   /* 类      */
	struct device *device;  /* 设备     */
	int major;             /* 主设备号*/
	int minor;			   /* 次设备号 */
}

struct newchrled_dev newchrled; /* led设备 */

/*
 * @description : LED 打开/关闭
 * @param - sta : LEDON(0) 打开 LED，LEDOFF(1) 关闭 LED
 * @return : 无
 */
void led_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if(sta == LEDON) {
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3); 
		writel(val, GPIO1_DR);
	}else if(sta == LEDOFF) {
		val = readl(GPIO1_DR);
		val |= (1 << 3);
		writel(val, GPIO1_DR);
	} 
}


static int led_open (struct inode *inodp, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &newchrled; 
	return 0;
}

static ssize_t led_read (struct file *filp, char __user *buf, 
									     size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}

/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t led_write (struct file *filp, const char __user *buf, 
											    size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;
	
	retvalue = copy_from_user(databuf,buf,cnt);
	if(retvalue < 0){
		printk("kernel write failed\r\n");
		return -EFAULT;
	}
	ledstat = databuf[0];
	if(ledstat == LEDON){
		led_switch(LEDON);
	}
	else if(ledstat == LEDOFF){
		led_switch(LEDOFF);
	}
	return 0;
}

/*
 * @description : 关闭/释放设备
 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int led_release (struct inode *inodp, struct file *filp)
{
	return 0;
}

static struct file_operations newchrled_fops = {
	.owner   = THIS_MODULE,
	.open    = led_open,
	.read    = led_read,
	.write   = led_write,
	.release = led_release,
};

static int __init led_init(void){
	int retvalue = 0;
	u32 val = 0;

	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(CCM_CCGR1_BASE,4);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE,4);
	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE,4);
	GPIO1_DR = ioremap(GPIO1_DR_BASE,4);
	GPIO1_GDIR = ioremap(GPIO1_GDIR_BASE,4);

	/* 2、使能 GPIO1 时钟 */
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26); /* 清除以前的设置 */
	val |= (3 << 26); /* 设置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

    /* 3、设置 GPIO1_IO03 的复用功能，将其复用为
   	 * GPIO1_IO03，最后设置 IO 属性。
   	 */
   	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
   
   	/* 寄存器 SW_PAD_GPIO1_IO03 设置 IO 属性 */
   	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);
   
   	/* 4、设置 GPIO1_IO03 为输出功能 */
   	val = readl(GPIO1_GDIR);
   	val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */
   	val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */

	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 5、默认关闭 LED */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3); 
	writel(val, GPIO1_DR);

	/*	//设备号 名字 字符模型驱动的一个结构体
	retvalue = register_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME,&newchrled_fops);
	if(retvalue < 0){
	// exit
	}	
	*/
	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if(newchrled.major){
		newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
		register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CHT, NEWCHRLED_NAME);
	} else {
		alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CHT, NEWCHRLED_NAME);
		newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);
		newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);
	}
	printk("newchrled major = %d,minor = %d \r\n",newchrled.major,newchrled.minor);
	/* 2、初始化     cdev */
	newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&newchrled.cdev,&newchrled_fops);
	/* 3、添加一个 cdev */
	cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CHT);
	/* 4、创建类 */
	newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
	if(IS_ERR(newchrled.class)){
		return PTR_ERR(newchrled.class);
	}
	/* 5、创建设备 */
	newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, 
	                                                  NULL, NEWCHRLED_NAME);
	if(IS_ERR(newchrled.device)){
		return PTR_ERR(newchrled.device);
	}
	return 0;
}

static void __exit led_exit(void){
	iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
	iounmap(GPIO1_DR);
	iounmap(GPIO1_GDIR);

	/* unregister_chrdev(LED_MAJOR,LED_NAME); */
	/* 注销字符设备 */
	cdev_del(&newchrled.cdev);
	unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CHT);
	
	device_destroy(newchrled.class,newchrled.devid);
	class_destroy(newchrled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("7yewh");

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