iTOP-STM32MP157开发板采用ST推出的双核cortex-A7+单核cortex-M4异构处理器，既可用Linux、又可以用于STM32单片机开发。开发板采用核心板+底板结构，主频650M、1G内存、8G存储，核心板采用工业级板对板连接器，高可靠，牢固耐用，可满足高速信号环境下使用。共240PIN，CPU功能全部引出:底板扩展接口丰富底板板载4G接口(选配)、千兆以太网、WIFI蓝牙模块HDMI、CAN、RS485、LVDS接口、温湿度传感器(选配)光环境传感器、六轴传感器、2路USB OTG、3路串口，CAMERA接口、ADC电位器、SPDIF、SDIO接口等
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第三部分 Linux 驱动基础
第三十九章 Linux Misc驱动
本章导读
Linux MISC驱动是最简单的字符设备驱动，学习MISC驱动将会为学习字符设备驱动奠定基础。
39.1 章节讲解了misc设备驱动的基本概念及函数使用方法
39.2 章节讲解了编写最简单的杂项设备驱动，并将其编译为驱动模块，在STM32MP157开发板上运行测试。
本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：
杂项设备驱动讲解 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=9
编写一个杂项设备驱动 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=10
程序源码在网盘资料“iTOP-STM32MP157开发板网盘资料汇总\09_嵌入式Linux开发指南(iTOP-STM32MP157)手册配套资料\驱动程序例程\03-杂项设备驱动”路径下。
39.1 misc设备驱动简介
本章节我们讲解杂项设备驱动，那么杂项设备驱动是属于我们linux三大设备驱动的哪一项呢？由于linux驱动倾向于分层设计，所以每个具体的设备都可以找到它归属的类型，从而可以套到它相应的架构里面去，我们只需要实现它最底层的那部分。但是也有部分字符设备，确实不知道它属于哪种类型，我们一般推荐大家采用miscdevice的框架结构。misc 的意思是混合的杂项的，所以 misc 设备驱动也叫做杂项设备驱动，当我们板子上的某个设备没有办法分类时，就可以用 misc 设备驱动。它的注册跟使用比较的简单，所以比较适用于功能简单的设备。正因为简单，所以它通常嵌套在 platform 总线驱动中，配合总线驱动达到更复杂，多功能的效果。杂项设备是字符设备的一种，杂项设备可以自动生成设备节点。
在学习misc设备驱动之前，先来了解几个基础概念。
概念1设备节点
我们可以启动我们的开发板，进入到dev目录下，dev目录下全部都是生成的设备节点，如下图所示：
我们的系统里面有很多杂项设备。我们可以输入以下命令来查看，如下图所示：
cat /proc/misc
概念2 杂项设备的优点
杂项设备除了比字符设备代码简单，还有别的区别吗？所有的 misc 设备驱动的主设备号都为 10，不同的设备使用不同的从设备号。主设设备号相同就可以节省内核的资源，在内核中大概可以找到200多处使用miscdevice框架结构的驱动。
概念3主设备号和次设备号的概念
设备号包含主设备号和次设备号，设备号是计算机识别设备的一种方式，主设备号相同的就被视为同一类设备，主设备号在Linux系统里面是唯一的，次设备号不一定唯一。主设备号可以比做成电话号码的区号。比如北京的区号是010，次设备号可以比作成电话号码。
主设备号可以通过以下命令来查看，前面的数字就是主设备号，如下图所示：
cat /proc/devices
misc 设备用 miscdevice 结构体表示，miscdevice结构体的定义在内核源码具体定义linux-5.4.31/include/linux/miscdevice.h中，内容如下：
struct miscdevice {
int minor; //次设备号
const char *name; //设备节点的名字
const struct file_operations *fops; //文件操作集
struct list_head list;
struct device *parent;
struct device *this_device;
const struct attribute_group **groups;
const char *nodename;
umode_t mode;
};当我们创建一个 misc 设备的 miscdevice 结构体时，需要我们指定 minor、name 和 fops 这三个成员变量。minor 表示次设备号，需要用户设置，在 Linux 内核中有一些预定义的 misc 设备的次设备号，定义在linux-5.4.31/include/linux/miscdevice.h文件中，如下所示：
#define PSMOUSE_MINOR 1
#define MS_BUSMOUSE_MINOR 2 /* unused */
#define ATIXL_BUSMOUSE_MINOR 3 /* unused */
/*#define AMIGAMOUSE_MINOR 4 FIXME OBSOLETE */
#define ATARIMOUSE_MINOR 5 /* unused */
#define SUN_MOUSE_MINOR 6 /* unused */
......
#define MISC_DYNAMIC_MINOR 255我们设置子设备号时要注意不要重复使用其他设备的子设备号。可以从这些预定义的子设备号中选择
一个，也可以自定义。
name就是这个misc设备的名字，当设备注册成功后，会在/dev目录下自动生成一个名为name的设备文件。fops 就是这个 misc 设备的操作集合。
当创建好miscdevice 结构体后，使用 misc_register 函数向系统中注册一个misc设备，函数原型如下：
| 函数 | int misc_register(struct miscdevice * misc) |
| 参数 misc | 之前创建好的 miscdevice 结构体 |
| 返回值 | 成功返回 0，失败返回负数。 |
在设备驱动的卸载函数中，使用 misc_deregister 函数来注销掉 misc 设备。函数原型如下
| 函数 | int misc_deregister(struct miscdevice *misc) |
| 参数misc | 要注销的 miscdevice 结构体。 |
| 返回值 | 无 |
在miscdevice结构体的第四行，它指向了一个file_operation的结构体。file_operations文件操作集在定义在include/linux/fs.h下面，如下图所示
file_operations中的成员函数实际是由drivers/char/misc.c中misc驱动核心层的misc_fops成员函数间接调用的。file_operations结构体里面的结构体成员都对应一个调用。简单介绍一下其中比较常用的函数：
llseek()函数用来修改一个文件的当前的读写位置，并将新位置返回。
read()函数用来从设备中读取数据，成功时返回读取到的字节数，出错返回一个负值。
write()函数用来向设备发送数据，成功时返回该函数写入的字节数。
poll()函数用于查询设备是否可以进行非阻塞读写。
unlock_ioctl()函数提供设备相关控制命令的实现。
mmap()函数将设备内存映射到进程的虚拟地址空间中。
open()函数用于打开设备文件。
release()函数用于关闭设备文件。
注册杂项设备有一个通用的思路和方法，这里给大家总结为三个步骤：
- 填充miscdevice这个结构体
- 填充file_operations这个结构体
- 注册杂项设备并生生成设备节点。
39.2 编写实验程序
通过39.1章节的学习，我们已经把杂项设备的基本概念搞懂了，在本实验中，使用 misc 设备驱动的方式来编写最简单的杂项设备的驱动。
39.2.1 编写驱动例程
首先我们回想一下注册杂项设备的三大流程，我们在Windows上面新建misc.c文件，并用sourceinsight打开。我们可以将上次编写的helloworld.c里面的代码拷贝到misc.c文件，并修改为如下图所示：
添加头文件
/*注册杂项设备头文件*/
#include <linux/miscdevice.h>
/*注册设备节点的文件结构体*/
#include <linux/fs.h>
填充miscdevice结构体
struct miscdevice misc_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = "hello_misc",
.fops = &misc_fops,
};上述代码第2行的minor为MISC_DYNAMIC_MINOR，miscdevice核心层会自动找一个空闲的次设备号，否则用minor指定的次设备号。上述代码第3行name是设备的名称，我们自定义为"hello_misc"
填充file_operations结构体
struct file_operations misc_fops={
.owner = THIS_MODULE
};THIS_MODULE宏是什么意思呢？它在include/linux/module.h里的定义是
#define THIS_MODULE (&__this_module)
它是一个struct module变量，代表当前模块，可以通过THIS_MODULE宏来引用模块的struct module结构，比如使用THIS_MODULE->state可以获得当前模块的状态。这个owner指针指向的就是你的模块。
注册杂项设备并生成设备节点
在misc_init()函数中填充misc_register()函数注册杂项设备，并判断杂项设备是否注册成功。
static int misc_init(void){
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev); //注册杂项设备
if(ret<0) //判断杂项设备是否注册成功
{
printk("misc registe is error \n"); //打印杂项设备注册失败
}
printk("misc registe is succeed \n"); //打印杂项设备注册成功
return 0;
}
在misc_exit（）函数中填充misc_deregister()函数注销杂项设备。
static void misc_exit(void){
misc_deregister(&misc_dev); //注销杂项设备
printk("misc gooodbye! \n"); //打印杂项设备注销成功
}完整的代码如下图所示：
/*
* @Descripttion: 最简单的杂项设备驱动
* @version: 1.0
* @Author: topeet
*/
#include <linux/init.h> //初始化头文件
#include <linux/module.h> //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。
#include <linux/miscdevice.h> /*注册杂项设备头文件*/
#include <linux/fs.h> /*注册设备节点的文件结构体*/
struct file_operations misc_fops = { //文件操作集
.owner = THIS_MODULE};
struct miscdevice misc_dev = {
//杂项设备结构体
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //动态申请的次设备号
.name = "hello_misc", //杂项设备名字是hello_misc
.fops = &misc_fops, //文件操作集
};
static int misc_init(void)
{ //在初始化函数中注册杂项设备
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev);
if (ret < 0)
{
printk("misc registe is error \n");
}
printk("misc registe is succeed \n");
return 0;
}
static void misc_exit(void)
{ //在卸载函数中注销杂项设备
misc_deregister(&misc_dev);
printk(" misc gooodbye! \n");
}
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");现在最简单的杂项设备的驱动就写完了，那么接下来我们可以把这个驱动编译一下，然后放到我们的开发板上面运行。我们编译驱动，可以将它编译进内核里面，也可以将它编译成模块。
39.2.2 编译驱动程序
这里我们以stm32mp157开发板为例，将杂项设备驱动编译成模块，请参考本手册第三十七章 Linux内核模块。我们将misc.c文件拷贝到Ubuntu的/home/nfs/03目录下。将上次编译helloworld的Makefile文件拷贝到misc.c同级目录下，修改Makefile为：
文件如下图所示：
驱动编译成功生成了ko文件，如下图所示：
39.2.3 运行测试
启动STM32MP157开发板，我们通过nfs挂载共享文件目录，我们进入到共享目录，加载驱动模块如图所示：
insmod misc.ko
驱动加载成功后，输入以下命令，查看注册的设备节点是否存在，如下图所示，设备节点存在。
ls /dev/h*
我们输入以下命令拆卸驱动模块,如下图所示：
rmmod misc
那么，现在最简单的杂项设备已经完成了。
