分析第八章嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程

1、分析第八章嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程第八章-嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程3 8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程8.3 GPIO驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗?.4 4*4掃描按鍵驅(qū)動(dòng)8.5 小結(jié)8.6 思考與練習(xí)本章課程：本章課程：4 8.1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述設(shè)備驅(qū)動(dòng)概念操作系統(tǒng)是通過(guò)各種驅(qū)動(dòng)程序來(lái)駕馭硬件設(shè)備的，它為用戶屏蔽了各種各樣的設(shè)備，驅(qū)動(dòng)硬件是操作系統(tǒng)最基本的功能，并且提供統(tǒng)一的操作方式。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)最基本的組成部分之一，在Linux內(nèi)核源程序中也占有60%以上。因此，熟悉驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)是很重要的。Linux的一個(gè)重要特點(diǎn)就是將所有的設(shè)備都當(dāng)做文件進(jìn)行處理，這一類特殊文件就

2、是設(shè)備文件（通常在/dev目錄下），這樣在應(yīng)用程序看來(lái)，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以象操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作，這樣就大大方便了對(duì)設(shè)備的處理。8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)5 8.1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為三類：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備通常指像普通文件或字節(jié)流一樣，以字節(jié)為單位順序讀寫(xiě)的設(shè)備， 如并口設(shè)備、虛擬控制臺(tái)等。塊設(shè)備通常指一些需要以塊為單位隨機(jī)讀寫(xiě)的設(shè)備，如IDE硬盤(pán)、SCSI硬盤(pán)、光驅(qū)等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠與其他主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)備，如網(wǎng)卡等。8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)6 8.1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

3、的特點(diǎn) 內(nèi)核代碼 內(nèi)核接口 內(nèi)核機(jī)制和服務(wù) 可裝載 可設(shè)置 動(dòng)態(tài)性 8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)7 8.1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與整個(gè)軟硬件系統(tǒng)的關(guān)系8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)8 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程設(shè)備驅(qū)動(dòng)和內(nèi)核模塊 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)屬于內(nèi)核的一部分，Linux內(nèi)核的一個(gè)模塊可以以兩種方式被編譯和加載。直接編譯進(jìn)Linux內(nèi)核，隨同Linux啟動(dòng)時(shí)加載；編譯成一個(gè)可加載和刪除的模塊。8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)9 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程模塊相關(guān)命令Lsmod 列出當(dāng)前系統(tǒng)中加載的模塊Rmmod 用于將當(dāng)前模塊卸載。insmod和modprobe 用于加載當(dāng)

4、前模塊 8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)10 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（1）內(nèi)核模塊的程序結(jié)構(gòu)一個(gè)Linux內(nèi)核模塊主要由以下幾個(gè)部分組成。模塊加載函數(shù)（必須）模塊卸載函數(shù)（必須）模塊許可證聲明（必須模塊參數(shù)（可選）模塊導(dǎo)出符號(hào)（可選）模塊作者等信息聲明（可選）8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)11 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（2）模塊加載函數(shù)static int _init initialization_function(void)/* 初始化代碼 */module_init(initialization_function);8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基

5、礎(chǔ)12 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（3）模塊卸載函數(shù)static void _exit cleanup_function(void)/* 釋放代碼 */module_exit(cleanup_function);通常來(lái)說(shuō)，模塊卸載函數(shù)要完成與模塊加載函數(shù)相反的功能若模塊加載函數(shù)注冊(cè)XXX，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)該注銷XXX。若模塊加載函數(shù)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)了內(nèi)存，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)釋放該內(nèi)存。若模塊加載函數(shù)申請(qǐng)了硬件資源（中斷、DMA通道、I/O端口和I/O內(nèi)存等)的占用，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)釋放這些硬件資源。若模塊加載函數(shù)開(kāi)啟了硬件,則卸載函數(shù)中一般要關(guān)閉硬件。8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基

6、礎(chǔ)13 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（4）模塊參數(shù)“module_param(參數(shù)名,參數(shù)類型,參數(shù)讀/寫(xiě)權(quán)限)”為模塊定義一個(gè)參數(shù)static char *str_param = Linux Module Program;static int num_param = 4000;module_param(num_param, int, S_IRUGO);module_param(str_param, charp, S_IRUGO);8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)14 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（5）導(dǎo)出符號(hào)EXPORT_SYMBOL(符號(hào)名)

7、;EXPORT_SYMBOL_GPL(符號(hào)名);（6）模塊聲明與描述MODULE_AUTHOR(author);MODULE_DESCRIPTION(description);MODULE_VERSION(version_string);MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);MODULE_ALIAS(alternate_name);8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)15 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（7）模塊的使用計(jì)數(shù)內(nèi)核中，模塊自身通過(guò)MOD_INC_USE_COUNT、MOD_DEC_USE_COUNT宏來(lái)管理自己被使用的計(jì)數(shù)。內(nèi)核提供了模塊計(jì)數(shù)

8、管理接口try_module_get(&module)和module_put (&module)，從而取代內(nèi)核中的模塊使用計(jì)數(shù)管理宏。模塊的使用計(jì)數(shù)一般不必由模塊自身管理，而且模塊計(jì)數(shù)管理還考慮了SMP與PREEMPT機(jī)制的影響。int try_module_get(struct module *module);該函數(shù)用于增加模塊使用計(jì)數(shù)；若返回為0，表示調(diào)用失敗，希望使用的模塊沒(méi)有被加載或正在被卸載中。void module_put(struct module *module);該函數(shù)用于減少模塊使用計(jì)數(shù)。8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)16 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Lin

9、ux內(nèi)核模塊編程（8）模塊編譯我們可以為HelloWorld模塊程序編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的Makefile，如下所示：obj-m := 并使用如下命令編譯HelloWorld模塊，如下所示：driver_study/ modules如果當(dāng)前處于模塊所在的目錄，以下命令與上述命令同等：$ make C /usr/src/linux-2.6.15.5 M=$(pwd) modules8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)17 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程（9）模塊與GPL對(duì)于自己編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)等內(nèi)核代碼，如果不編譯為模塊則無(wú)法繞開(kāi)GPL，編譯為模塊后企業(yè)在產(chǎn)品中使用模塊。在內(nèi)核編譯時(shí)應(yīng)該選上“E

10、nable loadable module support”，嵌入式產(chǎn)品一般不需要?jiǎng)討B(tài)卸載模塊，所以“可以卸載模塊”不用選，當(dāng)然選了也沒(méi)關(guān)系，如果有項(xiàng)目被選擇“M”，則編譯時(shí)除了make bzImage以外，也要make modules。將我們編譯的內(nèi)核模塊.ko文件放置在目標(biāo)文件系統(tǒng)的相關(guān)目錄中。產(chǎn)品的文件系統(tǒng)中應(yīng)該包含了支持新內(nèi)核的insmod、lsmod、rmmod等工具，由于嵌入式產(chǎn)品中一般不需要建立模塊間依賴關(guān)系，所以modprobe可以不要，一般也不需要卸載模塊，所以rmmod也可以不要。 在使用中用戶可使用insmod命令手動(dòng)加載模塊，如insmod 。但是一般而言，產(chǎn)品在啟動(dòng)過(guò)

11、程中應(yīng)該加載模塊，在嵌入式Linux的啟動(dòng)過(guò)程中，加載企業(yè)自己的模塊的最簡(jiǎn)單的方法是修改啟動(dòng)過(guò)程的rc腳本，增加insmod /./這樣的命令。 8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)18 8.1.2 Linux內(nèi)核模塊編程Linux內(nèi)核模塊編程內(nèi)核模塊示例8.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程基礎(chǔ)19 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)流程8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程20 8.2.2 重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file_operations struct file_operationsloff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *filp, char *

12、buff, size_t count, loff_t *offp);ssize_t (*write) (struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned

13、long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, struct dentry *);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*check_media_change) (kdev_t d

14、ev);int (*revalidate) (kdev_t dev);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程21 8.2.2 重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct inode結(jié)構(gòu)提供了關(guān)于設(shè)備文件/dev/driver（假設(shè)此設(shè)備名為driver）的信息，file結(jié)構(gòu)提供關(guān)于被打開(kāi)的文件信息，主要用于與文件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用。 struct file mode_t f_mode;/*標(biāo)識(shí)文件是否可讀或可寫(xiě)，F(xiàn)MODE_READ或FMODE_WRITE*/dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty

15、 */off_t f_pos; /* 當(dāng)前文件位移 */unsigned short f_flags; /* 文件標(biāo)志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */unsigned short f_count; /* 打開(kāi)的文件數(shù)目 */unsigned short f_reada;struct inode *f_inode; /*指向inode的結(jié)構(gòu)指針 */struct file_operations *f_op;/* 文件索引指針 */;8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程22 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成1.早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)register_

16、chrdev三三 unregister_chrdev三三 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程23 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成1.早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)u(píng)nregister_chrdev三三 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程24 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成2.設(shè)備號(hào)相關(guān)函數(shù)獲取設(shè)備號(hào)MAJOR(dev_t dev); /*獲得主設(shè)備號(hào)*/MINOR(dev_t dev); /*獲得次設(shè)備號(hào)*/MKDEV(int major, int minor);設(shè)備注冊(cè)于注銷8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程25 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成2.設(shè)備號(hào)相關(guān)函數(shù)獲取設(shè)備號(hào)MAJ

17、OR(dev_t dev); /*獲得主設(shè)備號(hào)*/MINOR(dev_t dev); /*獲得次設(shè)備號(hào)*/MKDEV(int major, int minor);設(shè)備注冊(cè)于注銷8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程26 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成3.新版本設(shè)備注冊(cè)8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程27 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成4.打開(kāi)設(shè)備int (*open) (struct inode *, struct file *);通常情況下在open函數(shù)接口中要完成如下工作：如果未初始化，則進(jìn)行初始化。識(shí)別次設(shè)備號(hào)，如果必要，更新f_op指針。分配并填寫(xiě)被置于filp-private_data

18、的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。檢查設(shè)備特定的錯(cuò)誤（諸如設(shè)備未就緒或類似的硬件問(wèn)題）。8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程28 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成5.釋放設(shè)備釋放設(shè)備釋放設(shè)備的函數(shù)接口是釋放設(shè)備的函數(shù)接口是release三。三。釋放設(shè)備時(shí)要完成的工作如下：釋放設(shè)備時(shí)要完成的工作如下：釋放打開(kāi)設(shè)備時(shí)系統(tǒng)所分配的內(nèi)存空間（包括釋放打開(kāi)設(shè)備時(shí)系統(tǒng)所分配的內(nèi)存空間（包括filp-private_data指向的內(nèi)存空間）。指向的內(nèi)存空間）。在最后一次關(guān)閉設(shè)備（使用在最后一次關(guān)閉設(shè)備（使用close三系統(tǒng)調(diào)用）時(shí)三系統(tǒng)調(diào)用）時(shí)，才會(huì)真正釋放設(shè)備（執(zhí)行，才會(huì)真正釋放設(shè)備（執(zhí)行release三函數(shù)）。即三函數(shù)）。即在打

19、開(kāi)計(jì)數(shù)等于在打開(kāi)計(jì)數(shù)等于0時(shí)的時(shí)的close三系統(tǒng)調(diào)用才會(huì)真正三系統(tǒng)調(diào)用才會(huì)真正進(jìn)行設(shè)備的釋放操作。進(jìn)行設(shè)備的釋放操作。8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程29 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成6.讀寫(xiě)設(shè)備讀寫(xiě)設(shè)備 read三和三和write三函數(shù)三函數(shù) 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程30 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成6.讀寫(xiě)設(shè)備讀寫(xiě)設(shè)備 copy_to_user三和三和copy_from_user三三 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程31 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成7.ioctl 大部分設(shè)備除了讀寫(xiě)操作，還需要硬件配置和控制（例如，設(shè)置串口設(shè)備的波特率）等很多其他操作。在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)

20、中ioctl函數(shù)接口給用戶提供對(duì)設(shè)備的非讀寫(xiě)操作機(jī)制。8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程32 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成8.獲取內(nèi)存獲取內(nèi)存kmalloc三三/kfree三三kmalloc語(yǔ)法格式：語(yǔ)法格式：8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程33 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成8.獲取內(nèi)存獲取內(nèi)存kmalloc三三/kfree三三kfree語(yǔ)法格式：語(yǔ)法格式：8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程34 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成9.打印信息打印信息printk三三8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程35 GPIO工作原理工作原理FS2410開(kāi)發(fā)板的S3C2410處理器具有117個(gè)多功能通用I/O（GPIO）端口管腳，包括GPIO 8個(gè)端口組，分別為GPA（23個(gè)輸出端口）、GPB（11個(gè)輸入/輸出端口）、GPC（16個(gè)輸入/輸出端口）、GPD（16個(gè)輸入/輸出端口）、GPE（16個(gè)輸入/輸出端口）、GPF（8個(gè)輸入/輸出端口）、GPH（11個(gè)輸入/輸出端口）。根據(jù)各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，通過(guò)軟件方法可以將這些端口配置成具有相應(yīng)功能（例如：外部中斷或數(shù)據(jù)總線）的端口。8.3 GPIO驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗?6 GPIO工作原理工作原理LED和蜂鳴器原理圖8.3 GPIO驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗?7 GPIO工作原理工作原理相關(guān)寄存器8.3 GPIO驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗?8 工作原理G