如何編寫【GPIO】設(shè)備的驅(qū)動程序?
目錄
示例程序目標(biāo)
編寫驅(qū)動程序
編寫應(yīng)用程序
卸載驅(qū)動模塊
別人的經(jīng)驗(yàn),我們的階梯!
大家好,我是道哥。
在前幾篇文章中,我們一塊討論了:在 Linux 系統(tǒng)中,編寫字符設(shè)備驅(qū)動程序的基本框架,主要是從代碼流程和 API 函數(shù)這兩方面觸發(fā)。
這篇文章,我們就以此為基礎(chǔ),寫一個有實(shí)際應(yīng)用功能的驅(qū)動程序:
1. 在驅(qū)動程序中,初始化 GPIO 設(shè)備,自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn);
2. 在應(yīng)用程序中,打開 GPIO 設(shè)備,并發(fā)送控制指令設(shè)置 GPIO 口的狀態(tài);
示例程序目標(biāo)
編寫一個驅(qū)動程序模塊:mygpio.ko。
當(dāng)這個驅(qū)動模塊被加載的時候,在系統(tǒng)中創(chuàng)建一個 mygpio 類設(shè)備,并且在 /dev 目錄下,創(chuàng)建 4 個設(shè)備節(jié)點(diǎn):
/dev/mygpio0
/dev/mygpio1
/dev/mygpio2
/dev/mygpio3
因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在是在 x86 平臺上來模擬 GPIO 的控制操作,并沒有實(shí)際的 GPIO 硬件設(shè)備。
因此,在驅(qū)動代碼中,與硬件相關(guān)部分的代碼,使用宏 MYGPIO_HW_ENABLE 控制起來,并且在其中使用printk輸出打印信息來體現(xiàn)硬件的操作。
在應(yīng)用程序中,可以分別打開以上這 4 個 GPIO 設(shè)備,并且通過發(fā)送控制指令,來設(shè)置 GPIO 的狀態(tài)。
編寫驅(qū)動程序
以下所有操作的工作目錄,都是與上一篇文章相同的,即:~/tmp/linux-4.15/drivers/。
創(chuàng)建驅(qū)動目錄和驅(qū)動程序
$ cd linux-4.15/drivers/
$ mkdir mygpio_driver
$ cd mygpio_driver
$ touch mygpio.c
mygpio.c 文件的內(nèi)容如下(不需要手敲,文末有代碼下載鏈接):
相對于前幾篇文章來說,上面的代碼稍微有一點(diǎn)點(diǎn)復(fù)雜,主要是多了宏定義 MYGPIO_HW_ENABLE 控制部分的代碼。
比如:在這個宏定義控制下的三個與硬件相關(guān)的函數(shù):
gpio_h(yuǎn)w_init()
gpio_h(yuǎn)w_release()
gpio_h(yuǎn)w_set()
就是與GPIO硬件的初始化、釋放、狀態(tài)設(shè)置相關(guān)的操作。
代碼中的注釋已經(jīng)比較完善了,結(jié)合前幾篇文章中的函數(shù)說明,還是比較容易理解的。
從代碼中可以看出:驅(qū)動程序使用 alloc_chrdev_region 函數(shù),來動態(tài)注冊設(shè)備號,并且利用了 Linux 應(yīng)用層中的 udev 服務(wù),自動在 /dev 目錄下創(chuàng)建了設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
另外還有一點(diǎn):在上面示例代碼中,對設(shè)備的操作函數(shù)只實(shí)現(xiàn)了 open 和 ioctl 這兩個函數(shù),這是根據(jù)實(shí)際的使用場景來決定的。
這個示例中,只演示了如何控制 GPIO 的狀態(tài)。
你也可以稍微補(bǔ)充一下,增加一個read函數(shù),來讀取某個GPIO口的狀態(tài)。
控制 GPIO 設(shè)備,使用 write 或者 ioctl 函數(shù)都可以達(dá)到目的,只是 ioctl 更靈活一些。
創(chuàng)建 Makefile 文件
$ touch Makefile
內(nèi)容如下:
編譯驅(qū)動模塊
$ make
得到驅(qū)動程序: mygpio.ko 。
加載驅(qū)動模塊
在加載驅(qū)動模塊之前,先來檢查一下系統(tǒng)中,幾個與驅(qū)動設(shè)備相關(guān)的地方。
先看一下 /dev 目錄下,目前還沒有設(shè)備節(jié)點(diǎn)( /dev/mygpio[0-3] )。
$ ls -l /dev/mygpio*
ls: cannot access '/dev/mygpio*': No such file or directory
再來查看一下 /proc/devices 目錄下,也沒有 mygpio 設(shè)備的設(shè)備號。
$ cat /proc/devices
為了方便查看打印信息,把dmesg輸出信息清理一下:
$ sudo dmesg -c
現(xiàn)在來加載驅(qū)動模塊,執(zhí)行如下指令:
$ sudo insmod mygpio.ko
當(dāng)驅(qū)動程序被加載的時候,通過 module_init( ) 注冊的函數(shù) gpio_driver_init() 將會被執(zhí)行,那么其中的打印信息就會輸出。
還是通過 dmesg 指令來查看驅(qū)動模塊的打印信息:
$ dmesg
可以看到:操作系統(tǒng)為這個設(shè)備分配的主設(shè)備號是 244,并且也打印了GPIO硬件的初始化函數(shù)的調(diào)用信息。
此時,驅(qū)動模塊已經(jīng)被加載了!
來查看一下 /proc/devices 目錄下顯示的設(shè)備號:
$ cat /proc/devices
設(shè)備已經(jīng)注冊了,主設(shè)備號是: 244 。
設(shè)備節(jié)點(diǎn)
由于在驅(qū)動程序的初始化函數(shù)中,使用 cdev_add 和 device_create 這兩個函數(shù),自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
所以,此時我們在 /dev 目錄下,就可以看到下面這4個設(shè)備節(jié)點(diǎn):
現(xiàn)在,設(shè)備的驅(qū)動程序已經(jīng)加載了,設(shè)備節(jié)點(diǎn)也被創(chuàng)建好了,應(yīng)用程序就可以來控制 GPIO 硬件設(shè)備了。
應(yīng)用程序
應(yīng)用程序仍然放在 ~/tmp/App/ 目錄下。
$ mkdir ~/tmp/App/app_mygpio
$ cd ~/tmp/App/app_mygpio
$ touch app_mygpio.c
文件內(nèi)容如下:
以上代碼也不需要過多解釋,只要注意參數(shù)的順序即可。
接下來就是編譯和測試了:
$ gcc app_mygpio.c -o app_mygpio
執(zhí)行應(yīng)用程序的時候,需要攜帶2個參數(shù):GPIO 設(shè)備編號(0 ~ 3),設(shè)置的狀態(tài)值(0 或者 1)。
這里設(shè)置一下/dev/mygpio0這個設(shè)備,狀態(tài)設(shè)置為1:
$ sudo ./app_mygpio 0 1
[sudo] password for xxx: <輸入用戶密碼>
/dev/mygpio0: open success!
如何確認(rèn)/dev/mygpio0這個GPIO的狀態(tài)確實(shí)被設(shè)置為1了呢?當(dāng)然是看 dmesg 指令的打印信息:
$ dmesg
通過以上打印信息可以看到:確實(shí)執(zhí)行了【設(shè)置 mygpio0 的狀態(tài)為 1】的動作。
再繼續(xù)測試一下:設(shè)置 mygpio0 的狀態(tài)為 0:
$ sudo ./app_mygpio 0 0
當(dāng)然了,設(shè)置其他幾個GPIO口的狀態(tài),都是可以正確執(zhí)行的!
卸載驅(qū)動模塊
卸載指令:
$ sudo rmmod mygpio
此時,/proc/devices 下主設(shè)備號 244 的 mygpio 已經(jīng)不存在了。
再來看一下 dmesg的打印信息:
可以看到:驅(qū)動程序中的 gpio_driver_exit( ) 被調(diào)用執(zhí)行了。
并且,/dev 目錄下的 4 個設(shè)備節(jié)點(diǎn),也被函數(shù) device_destroy() 自動刪除了!
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