i.MX6ULL|字符设备驱动开发实践

字符设备驱动开发的基本步骤可以看上一篇，本节就以 chrdevbase 这个虚拟设备为例，完整的编写一个字符设备驱动模块。chrdevbase 不是实际存在的一个设备，方便讲解字符设备的开发而引入的一个虚拟设备。chrdevbase 设备有两个缓冲区，一个为读缓冲区，一个为写缓冲区，这两个缓冲区的大小都为 100 字节。在应用程序中可以向 chrdevbase 设备的写缓冲区中写入数据，从读缓冲区中读取数据。chrdevbase 这个虚拟设备的功能很简单，但是它包含了字符设备的最基本功能。

|需求目标

应用程序调用 open 函数打开 chrdevbase 这个设备，打开以后可以使用 write 函数向chrdevbase 的写缓冲区 writebuf 中写入数据(不超过 100 个字节)，也可以使用 read 函数读取读缓冲区 readbuf 中的数据操作，操作完成以后应用程序使用 close 函数关闭 chrdevbase 设备。

|实现过程

1.新建文件一个nxp文件夹,然后把原厂内核文件复制过来

2、创建Linux_Drivers用于存放驱动文件，创建01_chrdevbase用于存放chrdevbase实验文件，chrdevbase.c是底层驱动代码，chrdevbaseApp.c是应用代码，Makefile编译底层驱动；

3、编写代码

chrdevbase.c文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


#define CHRDEVBASE_MAJOR  200        /* 主设备号 */
#define CHRDEVBASE_NAME    "chrdevbase"   /* 设备名     */


static char readbuf[100];    /* 读缓冲区 */
static char writebuf[100];    /* 写缓冲区 */
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};


/*
 * @description    : 打开设备
 * @param - inode   : 传递给驱动的inode
 * @param - filp   : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 *             一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return       : 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  //printk("chrdevbase open!
");
  return 0;
}


/*
 * @description    : 从设备读取数据 
 * @param - filp   : 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf   : 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt   : 要读取的数据长度
 * @param - offt   : 相对于文件首地址的偏移
 * @return       : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
 */
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
  int retvalue = 0;
  
  /* 向用户空间发送数据 */
  memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
  retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
  if(retvalue == 0){
    printk("kernel senddata ok!
");
  }else{
    printk("kernel senddata failed!
");
  }
  
  //printk("chrdevbase read!
");
  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 chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
  int retvalue = 0;
  /* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
  retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
  if(retvalue == 0){
    printk("kernel recevdata:%s
", writebuf);
  }else{
    printk("kernel recevdata failed!
");
  }
  
  //printk("chrdevbase write!
");
  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 chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  //printk("chrdevbase release！
");
  return 0;
}


/*
 * 设备操作函数结构体
 */
static struct file_operations chrdevbase_fops = {
  .owner = THIS_MODULE,  
  .open = chrdevbase_open,
  .read = chrdevbase_read,
  .write = chrdevbase_write,
  .release = chrdevbase_release,
};


/*
 * @description  : 驱动入口函数 
 * @param     : 无
 * @return     : 0 成功;其他 失败
 */
static int __init chrdevbase_init(void)
{
  int retvalue = 0;


  /* 注册字符设备驱动 */
  retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &chrdevbase_fops);
  if(retvalue < 0){
    printk("chrdevbase driver register failed
");
  }
  printk("chrdevbase init!
");
  return 0;
}


/*
 * @description  : 驱动出口函数
 * @param     : 无
 * @return     : 无
 */
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
  /* 注销字符设备驱动 */
  unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
  printk("chrdevbase exit!
");
}


/* 
 * 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 
 */
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);


/* 
 * LICENSE和作者信息
 */
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

chrdevbaseApp.c文件

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"


static char usrdata[] = {"usr data!"};


/*
 * @description    : main主程序
 * @param - argc   : argv数组元素个数
 * @param - argv   : 具体参数
 * @return       : 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
  int fd, retvalue;
  char *filename;
  char readbuf[100], writebuf[100];


  if(argc != 3){
    printf("Error Usage!
");
    return -1;
  }


  filename = argv[1];


  /* 打开驱动文件 */
  fd  = open(filename, O_RDWR);
  if(fd < 0){
    printf("Can't open file %s
", filename);
    return -1;
  }


  if(atoi(argv[2]) == 1){ 
    /* 从驱动文件读取数据 */
    retvalue = read(fd, readbuf, 50);
    if(retvalue < 0){
      printf("read file %s failed!
", filename);
    }else{
      /*  读取成功，打印出读取成功的数据 */
      printf("read data:%s
",readbuf);
    }
  }


  if(atoi(argv[2]) == 2){
    /* 向设备驱动写数据 */
    memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
    retvalue = write(fd, writebuf, 50);
    if(retvalue < 0){
      printf("write file %s failed!
", filename);
    }
  }


  /* 关闭设备 */
  retvalue = close(fd);
  if(retvalue < 0){
    printf("Can't close file %s
", filename);
    return -1;
  }


  return 0;
}

Makefile文件

KERNELDIR := /home/noah/linux/nxp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrdevbase.o


build: kernel_modules


kernel_modules:
  $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
  $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

相关解析：

第 1 行，KERNELDIR 表示开发板所使用的 Linux 内核源码目录，使用绝对路径，大家根据自己的实际情况填写即可。
第2行，CURRENT_PATH表示当前路径，直接通过运行“pwd”命令来获取当前所处路径。
第 3 行，obj-m 表示将 chrdevbase.c 这个文件编译为 chrdevbase.ko 模块。
第 8 行，具体的编译命令，后面的 modules 表示编译模块，-C 表示将当前的工作目录切换到指定目录中，也就是 KERNERLDIR 目录。M 表示模块源码目录，“make modules”命令中加入 M=dir 以后程序会自动到指定的 dir 目录中读取模块的源码并将其编译为.ko 文件。

4、编译驱动

直接使用make命令会报错的，因为kernel中没有指定编译器和架构，使用了默认的x86平台编译报错。

5、修改内核的Makefile文件

直接定义ARCH和CROSS_COMPILE 这两个的变量值为 arm 和 arm-linux-gnueabihf-

6、再次编译驱动

编译通过，会生成不少编译文件；

7、编译应用程序

应用程序只有一个文件，在ubuntu对应文件夹，直接输入指令进行编译：

arm-linux-gnueabihf-gcc chrdevbaseApp.c -o chrdevbaseApp

8、SD卡启动系统

插入SD卡，把拨码开关调到SD卡启动，然后ping一下网关，确认网络通畅才能继续的进行，如果ping不通就请看看前几节；

9、启动内核

在uboot界面输入下面指令启动系统，

tftp80800000zImage
tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
bootz 80800000 - 83000000

10、创建目录并复制驱动文件

检查开发板根文件系统中有没有“/lib/modules/4.1.15”这个目录，如果没有的话自行创建。注意，“/lib/modules/4.1.15”这个目录用来存放驱动模块，使用modprobe 命令加载驱动模块的时候，驱动模块要存放在此目录下。“/lib/modules”是通用的，不管你用的什么板子、什么内核，这部分是一样的。

将 chrdevbase.ko 和 chrdevbaseAPP 复制到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中：

11、加载设备驱动

自制的根文件系统，有些命令是不支持的；

//加载驱动
insmodchrdevbase.ko
// 查看驱动
lsmod
// 指令查看devices信息
cat/proc/devices

效果如下图：

12、创建设备节点文件

驱动加载成功需要在/dev 目录下创建一个与之对应的设备节点文件，应用程序就是通过操作这个设备节点文件来完成对具体设备的操作。输入如下命令创建/dev/chrdevbase 这个设备节点文件：

mknod /dev/chrdevbase c 200 0

其中“mknod”是创建节点命令，“/dev/chrdevbase”是要创建的节点文件，“c”表示这是个字符设备，“200”是设备的主设备号，“0”是设备的次设备号。创建完成以后就会存在/dev/chrdevbase 这个文件，可以使用“ls /dev/chrdevbase -l”命令查看，结果如图：

13、验证读写

使用 chrdevbaseApp 软件操作 chrdevbase 这个设备，看看读写是否正常，首先进行读操作，输入如下命令：

//读
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 1
// 写
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 2

相关解析：

三个参数“./chrdevbaseApp”、“/dev/chrdevbase”和“1”，这三个参数分别对应 argv[0]、argv[1]和 argv[2]。

第一个参数表示运行 chrdevbaseAPP 这个软件，

第二个参数表示测试APP要打开/dev/chrdevbase这个设备。

第三个参数就是要执行的操作，1表示从chrdevbase中读取数据，2 表示向 chrdevbase 写数据。

效果如下：

14、卸载驱动模块

如果不再使用某个设备的话可以将其驱动卸载掉，命令如下：

// 卸载chrdevbase.ko
rmmod chrdevbase.ko
// 查看驱动
lsmod

至此，chrdevbase 这个设备的整个驱动就验证完成了，驱动工作正常。

审核编辑：汤梓红