ZYNQ Linux驱动开发——第一个字符设备驱动

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本文介绍了在ZYNQ XCZ7020硬件平台上，使用Linux进行字符设备驱动开发的过程。主要内容包括硬件环境、开发环境的设置，以及如何操作板载LED。文章详细讲解了Linux设备驱动的分类，强调字符设备驱动的核心是裸机程序，并展示了驱动的框架和关键函数，如module_init、module_exit、file_operations结构体。在驱动的初始化阶段，涉及内存映射和设备注册。此外，文中还分享了驱动调试经验和学习感悟。

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硬件平台：XCZ7020 CLG484-1 完全适配Zedboard
开发环境：Widows下Vivado 2016.2 、 SDK2016.2 、 Linux机器：debin
目的：操作板载的LED灯LD9，受PS部分的MIO7控制
linux设备驱动大体分三种：字符设备、块设备、网络设备。字符设备指可以以字节为单位访问内存，块设备只能以数据块进行访问，比如NandFlash等，网络设备就指以太网等网卡驱动了。
在原始的设备驱动编写风格来看，主要是搭建框架，然后填充框架，填充的内容就和裸机的驱动文件一样了，所以设备驱动的核心还是设备的裸机程序。
目前我用的设备驱动方案大体框架如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
static int hello_init(void)
{
printk("Module init complete!\nHello, Linux Driver!\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
printk("Module exit!\nBye, Linux Driver!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_AUTHOR("Cuter@ChinaAET");
MODULE_DESCRIPTION("HelloLinuxDriver");
MODULE_ALIAS("It's only a test");

模块刚开始加载的时候执行module_init，从而执行hello_init；模块退出的时候执行module_exit从而执行hello_exit。Linux一切皆文件，包括对应用程序对驱动的操作也都是读文件，写文件等等，所以除了模块的初始化和模块的退出，设备驱动还需要为应用程序提供读写文件的功能，这些接口的提供是通过file_operations结构体来实现的。

static struct file_operations gpio_drv_fops = {
  .owner  =   THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
  .open   =   gpio_open,     
  .write  =   gpio_write,      
};

Gpio_open和gpio_write就是驱动中具体的实现函数，填充完结构体后，通过对注册字符设备将此结构体传递给内核，从而构建了系统对驱动的读写操作，注册是在模块的初始化中实现的，除了注册设备，为了在目标板中加载模块方便还需自动注册类与设备。
除了注册字符设备，在init函数中最重要的操作就是内存映射。通过MMU，将设备的物理地址映射为虚拟地址，用户可以对系统的操作均为虚拟地址。下面给出全部代码。

#include <linux/init.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/of.h>