linux驱动框架和驱动代码_内核设备驱动代码结构-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_67762780/article/details/125031716

一.linux文件系统：

1.什么是文件系统
文件系统是操作系统用于明确存储设备组织文件的方法。以上说的方法：就是文件管理系统（程序），简称文件系统

文件系统（文件管理系统的方法）的种类有哪些？
FAT VFAT NTFS EXT1/2/3/4 HFS ....
树莓派查看文件系统的命令： df -T
      vfat ： boot（bootloader, kernel）
               ext4 ：根目录
                tmpfs : 内存文件系统

2. 什么是分区？
windows: 随意（面向普通用户PC），目录即分区（比如c

盘d盘） C（装系统的位置）也可以随意在C盘存放文件. D盘（用户随意发挥）

   Linux: 按照功能来分区，每个分区严格存放文件(开发者)
                    嵌入式系统可以分为4个区，分别是
                   bootloader：启动代码
para：启动代码向内核传递参数的位置
                    kerne：内核分区
                   根分区等文件系统结构

3. 什么是文件系统目录结构？
常规认知：从根目录开始的一个树状结构按功能划分，和windows不同，不是分区，和windows不同

4. 什么虚拟文件系统Virtual File System ？

Linux中一切东西都存放在唯一的虚拟文件系统（VSF）中这个虚拟文件系统是树状结构从一个根目录（boot）开始，每次系统启动都会在内存中自动生成一个虚拟文件系统。 vfs就是对各种文件系统的一个抽象，它为各种文件系统提供了一个通用的接口。

5. 虚拟文件系统有什么作用？
简化应用程序员的开发不管是什么文件类型，不管文件是磁盘还是设备，都只用open read write统一操作。程序员在编程时要打开不同文件系统分区的不同文件时通过VSF用统一的方式。

二.linux内核结构：

三.Linux应用程序控制硬件的过程：

应用程序通过函数库提供的的接口（open，read等）通过一个软中断从用户态进入内核态，并触发系统调用接口（sys_call），系统调用接口通过虚拟文件系统（VSF）用文件名，设备号在驱动链表中找到相应的驱动设备，通过驱动设备控制硬件。

问：c库中的open，read等接口如何找到内核中的驱动：

open $\rightarrow$ 软中断触发系统调用（sys_call） $\rightarrow$ VFS找到sys_open $\rightarrow$ 通过设备名设备号在内核驱动链表中找到相应驱动并调用其中的open。

四.微机总线地址物理地址和虚拟地址：

总线地址：cpu能访问的内存范围（如32位系统就可以访问2的32次方大小的内存；64位系统可以访问2的64次方大小的内存）

物理地址：硬件硬盘上的实际地址，绝对地址。

虚拟地址：逻辑（基于算法.软件层面的）地址，为假地址，物理地址中的程序是在虚拟地址中运行的，虚拟地址可以比物理地址大。

五.树莓派寄存器相关：

树莓派中有6个功能寄存器分别为GPFSEL(0~5), 六个寄存器每个控制9个IO口分别为pin（0~9），每个寄存器有4个字节32位，每3位控制一个IO口，当三位为000时，IO为输入当三位为001时IO为输出。

树莓派有两个置1寄存器为GPSET0控制pin0~pin31这32个IO口每一个bit控制一个IO口；GPSET1控制32~53的IO口，每一个bit控制一个IO口。

树莓派有两个清0寄存器GPCLR0和GPCLR1和置一寄存器一样。

六.寄存器按位操作：

按位与（&）：有0就为0，全1才是1；当要给相应位置0时就与上0。

按位或（|）：有1就为1，全0才是0；当要给相应位置1时就或上1。

列：要设置树莓派的pin4口为输出口，需要将寄存器GPFSEL0的bit12~14位配置成001：

*GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12); //将14 13 位配置成0；0x6的二进制数是110，先取反为001，然后左移12位再进行与操作就使bit14，bit13变为0但是bit12不确定。
*GPFSEL0 |= (0x1 << 12); // 将12 位配置成1；0x1的二进制数是001，左移12位或操作后使bit12置1。

让pin4口输出高电平，需要将寄存器GPSET0的bit4位配置成1：

*GPSET0 | = 0x1 << 4;001左移4位后或操作。

让pin4口输出低电平，需要将寄存器GPSET0的bit4位配置成0：

*GPCLR0 | = 0x1 << 4;

七.树莓派驱动编译步骤：

1.编写驱动代码

2.放入Linux源码下的dirver/char（字符设备）文件夹下

3.修改该文件夹下的makefile文件（对照其中的文件修改）

4.回到源码下输入ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules命令编译驱动代码生成xxxx.ko文件就是驱动程序

5.用交叉编译工具arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test编译上层代码，并将驱动程序和编译好的上层代码传入树莓派。

6.insmod pin4drive.ko命令加载驱动；lsmod查看驱动；sudo chmod 666 /dev/pin4命令给生成的驱动文件访问权限；dmesg命令查看内核打印情况。

八.pin4IO口驱动代码：

#include <linux/fs.h>		 //file_operations声明
#include <linux/module.h>    //module_init  module_exit声明
#include <linux/init.h>      //__init  __exit 宏定义声明
#include <linux/device.h>	 //class  devise声明
#include <linux/uaccess.h>   //copy_from_user 的头文件
#include <linux/types.h>     //设备号  dev_t 类型声明
#include <asm/io.h>          //ioremap iounmap的头文件

static struct class *pin4_class; //设备类 
static struct device *pin4_class_dev;//设备

static dev_t devno;                //设备号
static int major =231;  		   //主设备号
static int minor =0;			   //次设备号
static char *module_name="pin4";   //模块名

volatile unsigned int* GPFSEL0 = NULL;
volatile unsigned int* GPSET0  = NULL;
volatile unsigned int* GPCLR0  = NULL;

//led_open函数
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("pin4_open\n");  //内核的打印函数和printf类似
   //配置pin4口为输出口；将寄存器的bit 12~14位配置成001；
     
	 *GPFSEL0 &= ~(0x6 << 12);  //将14 13 位配置成0；
	 *GPFSEL0 |= (0x1 << 12);  // 将12 位配置成1；
    
    return 0;
}

//led_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{
	int usercmd;
	//获取上层write的函数值；
	copy_from_user(&usercmd,buf,count);//buf为用户空间的缓存
	//根据值来操作IO口输出高电平或低电平；
	if(usercmd == 1){
		printk("set 1\n");
		*GPSET0 | = 0x1 << 4;
	}else if(usercmd == 0){
		printk("set 0\n");
		*GPCLR0 | = 0x1 << 4;
	}else{
		printk("undo\n");
	}
    return 0;
}

static struct file_operations pin4_fops = {

    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = pin4_open,
    .write = pin4_write
};

int __init pin4_drv_init(void)   
{
    int ret;
	printk("insmod driver pin4 success\n");
	
    devno = MKDEV(major,minor);  //创建设备号
    ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);  //注册驱动  告诉内核，把这个驱动pin4_fops加入到内核驱动的链表中

    pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");//让代码在~/dev/路径下自动生成设备类
    pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name);  //创建设备文件

//void * =ioremap（物理地址，寄存器大小）；//一个寄存器四个字节32位；

    GPFSEL0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200000,4);//物理地址转换成虚拟地址，io口寄存器映射成普通内存单元进行访问；
	GPSET0  = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f20001c,4);
	GPCLR0 = (volatile unsigned int *)ioremap(0x3f200028,4);
	
    return 0;
}

void __exit pin4_drv_exit(void)
{
    iounmap(GPFSEL0);//解除物理地址的映射
	iounmap(GPSET0);
	iounmap(GPCLR0);
	
	
    device_destroy(pin4_class,devno);
    class_destroy(pin4_class);
    unregister_chrdev(major, module_name);  //卸载驱动

}

module_init(pin4_drv_init);  //入口,内核加载驱动时，这个宏会被调用
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");