文章详细介绍了Linux系统的组成部分，包括内核的五种管理功能，以及驱动程序的移植步骤。重点讲解了字符设备驱动的注册和注销，以及如何通过内核API实现数据的用户空间与内核空间交互。此外，还展示了如何控制硬件设备如LED灯，并提供了驱动代码示例。
一，简述
(1)Linux系统组成
()app: [0-3G]
---------------------------------系统调用（软中断）---------------------
kernel： 【3-4G】
5种功能：
进程管理：进程的创建、销毁、调度等功能
文件管理：通过文件系统ext2/ext3/ext4 yaff jiffs等来组织管理文件
网络管理 ：通过网络协议栈对数据进程封装和拆解的过程
内存管理 ：通过内存管理器对用户空间和内核空间内存的申请和释放
设备管理：设备驱动的管理
字符设备驱动：
- 按照字节为单位进行访问，顺序访问
- 会创建设备文件，open read write close来访问
块设备驱动：
- 按照块（512字节）（扇区）来访问，可以顺序访问，可以无序访问
- 会创建设备文件，open read write close来访问
网卡设备驱动：按照网络数据包来收发的
(2)驱动移植
- 需要有一个驱动对应的 .c代码
- 把.c文件放入到对应的文件夹内（char）
- 修改Makefile-》添加上自己代码编译生成的.o文件-》保存退出
- 修改Kconfig生成自己的菜单 （3和4根据其他的仿写）-》保存退出
- 到顶层目录执行make menuconfig-》配置自己的驱动(M)
- 编译-》make modules
- 找到生成的.ko文件安装（insmod lcd.ko ）
编译：
make uImage-->uImage(包含了新的驱动的内核)
make modules -->demo.ko
Makefile modules:
编译模块的规则
Y(要编译到内核中) M(编译生成模块) N(不编译驱动)
sudo insmod demo.ko 安装驱动
sudo rmmod demo 卸载驱动
静态编译：编译之后生成的可执行程序可以单独执行
动态编译：编译之后生成的可执行程序需要依赖其他内核才能执行
内部编译：在内核源码树中编译
外部编译：在内核源码树外编译
(3)驱动模块
入口（安装）：资源的申请
出口（卸载）：资源的释放
许可证：GPL
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
static int __init hello_init(void)
//__init将hello_in it放到.init.text段中
{
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
//__exit将hello_exit放到.exit.text段中
{
}
module_init(hello_init);
//告诉内核驱动的入口地址
module_exit(hello_exit);
//告诉内核驱动的出口地址
MODULE_LICENSE("GPL");
//许可证
(4)字符设备驱动
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
功能：注册一个字符设备驱动
参数：
@major：主设备号
：如果你填写的值大于0，它认为这个就是主设备号
：如果你填写的值为0，操作系统给你分配一个主设备号
@name :名字 cat /proc/devices 查看设备名和主设备号
@fops :操作方法结构体
返回值：major>0 ,成功返回0，失败返回错误码（负数） （vi -t EIO 可以查看错误码）
major=0,成功主设备号，失败返回错误码（负数）
void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
功能：注销一个字符设备驱动
参数：
major:主设备号
name:名字
返回值：无
二，相关知识点
应用程序如何将数据传递给驱动（读写方向站在用户角度）
int copy_from_user(void *to, const void __user *from, int n)
功能：从用户空间拷贝数据到内核空间
参数：
to:内核中内存的首地址 from：用户空间的首地址 n：拷贝数据的长度
返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节个数
int copy_to_user(void __user *to,const void *from,int n)
功能：从内核空间拷贝数据到用户空间
参数：
to:用户空间内存的首地址 from：内核空间的首地址 n：拷贝数据的长度
返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节个数
控制LED灯：
驱动如何操作寄存器
rgb_led灯的寄存器是物理地址，在linux内核启动之后，
在使用地址的时候，操作的全是虚拟地址。需要将物理地址
转化为虚拟地址。在驱动代码中操作的虚拟地址就相当于
操作实际的物理地址。
物理地址<------>虚拟地址
void * ioremap(phys_addr_t offset, unsigned long size)
功能：将物理地址映射成虚拟地址
参数：
@offset :要映射的物理地址
@size :大小（字节）
返回值：成功返回虚拟地址，失败返回NULL;
void iounmap(void *addr)
功能：取消映射
参数：
@addr ：虚拟地址
返回值：无
RGB_led
red :gpioa28
GPIOXOUT :控制高低电平的 0xC001A000
GPIOxOUTENB：输入输出模式 0xC001A004
GPIOxALTFN1：function寄存器 0xC001A024
green:gpioe13
0xC001e000
blue :gpiob12
0xC001b000
指针类型加1是加的他的类型大小
驱动控制灯
三，代码开发
驱动层
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/printk.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/device.h>
#define RED_BASE 0xC001A000 //红灯基地址
#define BLUE_BASE 0xC001B000 //蓝灯基地址
#define GREEN_BASE 0xC001E000 //绿灯基地址
#define FMQ_BASE 0xC001C000 //蜂鸣器基地址
unsigned int *red_base = NULL;//申请的红灯虚拟地址
unsigned int *blue_base = NULL;//申请的蓝灯虚拟地址
unsigned int *green_base = NULL;//申请的绿灯虚拟地址
unsigned int *fmq_base = NULL;//申请的蜂鸣器虚拟地址
#define CNAME "hello"//设备名称
int major = 0;//设备号
int r_led=0,b_led=0,g_led=0;
char kbuf[128] = {0};//数据缓存区
struct class *cls;//自动创建设备节点 目录返回
struct device *dev;//自动创建设备节点 信息返回
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)//自己的open函数
{
printk("open\n");//应用层使用open函数时会打印这句信息
return 0;
}
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char __user *ubuf,//自己写的read函数
size_t size, loff_t *offs)
{
memset(kbuf,0,sizeof(kbuf));
int ret;
printk("read is 111\n");//应用层使用read函数时会打印这句信息
//红灯
if(r_led){
strcat(kbuf,"red_led_open;");
}else{
strcat(kbuf,"red_led_close;");
}
//蓝灯
if(b_led){
strcat(kbuf,"blue_led_open;");
}else{
strcat(kbuf,"blue_led_close;");
}
//绿灯
if(g_led){
strcat(kbuf,"green_led_open;");
}else{
strcat(kbuf,"green_led_close;");
}
if(size > sizeof(kbuf))
size = sizeof(kbuf);//判断应用层传来的数据是不是大于咱们自己声明的数组长度，如果大于给转成128
ret=copy_to_user(ubuf,kbuf,size);//将驱动层kbuf内数据读到应用层
if(ret){ //如果错误进入
printk("copy to user error\n");
return -EINVAL;//返回错误提示
}
return size;
}
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char __user *ubuf,
size_t size, loff_t *offs)
{
int ret;
printk("this is write\n");//应用层使用write函数时会打印这句信息
if(size > sizeof(kbuf))
size = sizeof(kbuf);//判断应用层传来的数据是不是大于咱们自己声明的数组长度，如果大于给转成128
ret=copy_from_user(kbuf,ubuf,size);//将应用层ubuf内数据写到驱动层
if(ret){
printk("copyfrom user error\n");
return -EINVAL;
}
//红灯
if(strncmp(kbuf,"11",2)==0){//灭灯
*red_base &= ~(1<<28);
r_led=0;
}
if(strncmp(kbuf,"22",2)==0)//亮灯
{
*red_base |= (1<<28);
r_led=1;
}
//蓝灯
if(strncmp(kbuf,"33",2)==0){
//灭灯
*blue_base &= ~(1<<12);
b_led=0;
}
if(strncmp(kbuf,"44",2)==0)
{
//亮灯
*blue_base |= (1<<12);
b_led=1;
}
//绿灯
if(strncmp(kbuf,"55",2)==0){
//灭灯
*green_base &= ~(1<<13);
g_led=0;
}
if(strncmp(kbuf,"66",2)==0)
{
//亮灯
*green_base |= (1<<13);
g_led=1;
}
//蜂鸣器
if(strncmp(kbuf,"77",2)==0){
//蜂鸣器关
*fmq_base &= ~(1<<14);
}
if(strncmp(kbuf,"88",2)==0)
{
//蜂鸣器开
*fmq_base |= (1<<14);
}
return size;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("close");
//应用层使用close函数时会打印这句信息
return 0;
}
const struct file_operations fops = {//这个结构体为咱们自己写的，在注册驱动时被调用，这是APP层能调用驱动层上面咱们自己的的程序的关键
.open = mycdev_open,//将自己写的open函数给到API内
.read = mycdev_read,//将自己写的read函数给到API内
.write = mycdev_write,//将自己写的write函数给到API内
.release = mycdev_close,//将自己写的close函数给到API内
};
static int __init mycdev_init(void)
{
//注册字符设备驱动
major = register_chrdev(major,CNAME,&fops);
if(major < 0){
printk("register device error\n");//注册失败打印
return major;
}
red_base = ioremap(RED_BASE,36);//物理地址转换虚拟地址 红灯GPIOa28
if(red_base == NULL){//转换失败提示
printk("red ioremap error\n");
return -ENOMEM;
}
blue_base = ioremap(BLUE_BASE,36);//物理地址转换虚拟地址
if(blue_base == NULL){//转换失败提示
printk("blue ioremap error\n");
return -ENOMEM;
}
green_base = ioremap(GREEN_BASE,36);//物理地址转换虚拟地址
if(green_base == NULL){//转换失败提示
printk("green ioremap error\n");
return -ENOMEM;
}
fmq_base = ioremap(FMQ_BASE,36);//物理地址转换虚拟地址
if(fmq_base == NULL){//转换失败提示
printk("fmq ioremap error\n");
return -ENOMEM;
}
//红灯部分配置
*red_base &= ~(1<<28);//配置为灭灯
*(red_base+1) |= (1<<28);//配置为输出模式
*(red_base+9) &= ~(3<<24);//配置为GPIO功能，基地址+9,16进制36是24
//蓝灯部分配置
*blue_base &= ~(1<<12);
*(blue_base+1) |= (1<<12);
*(blue_base+8) &= ~(3<<24);
*(blue_base+8) |= (1<<25);
//绿灯部分配置
*green_base &= ~(1<<13);
*(green_base+1) |= (1<<13);
*(green_base+8) &= ~(3<<26);
//蜂鸣器部分配置
*fmq_base &= ~(1<<14);
*(fmq_base+1) |= (1<<14);
*(fmq_base+8) &= ~(3<<28);
*(fmq_base+8) |= (1<<28);
//自动创建设备节点
cls = class_create(THIS_MODULE,CNAME);//自动创建设备节点目录
if(IS_ERR(cls)){//IS_ERR可以将cls 错误码指针转换成错误码
printk("class create error\n");
return PTR_ERR(cls);//失败返回错误码
}
dev = device_create(cls,NULL,MKDEV(major,0),NULL,CNAME);//自动创建设备节点信息
if(IS_ERR(dev)){
printk("device create error\n");
return PTR_ERR(dev);//失败返回错误码
}
return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)//出口
{
device_destroy(cls,MKDEV(major,0));//注释掉自动创建节点 信息
class_destroy(cls);//注释掉自动创建节点 目录
iounmap(green_base);//注销掉虚拟地址，注意后申请的先注销
iounmap(blue_base);
iounmap(red_base);
//注销字符设备驱动
unregister_chrdev(major,CNAME);
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
应用层（控制LED灯，蜂鸣器）
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
char buf[6] = {0};//数据缓存
int main(int argc, const char *argv[])
{
int fd;
fd = open("./hello",O_RDWR);//打开文件
if(fd == -1){
perror("open error");//打开错误提示
return -1;
}
while(1){
write(fd,buf,sizeof(buf));//将buf写入驱动中用于控制LED亮灭
sleep(1);//延时
//buf[0] = buf[0]?0:1;//如果buf[0]为0则赋值1，不为赋值0
//红灯
if(strncmp(buf,"11",2)==0){//灭灯
printf("红灯灭");
}
else if(strncmp(buf,"22",2)==0)//亮灯
{
printf("红灯亮");
}
//蓝灯
else if(strncmp(buf,"33",2)==0){
//灭灯
printf("蓝灯灭")
}
else if(strncmp(buf,"44",2)==0)
{
//亮灯
printf("蓝灯亮");
}
//绿灯
else if(strncmp(buf,"55",2)==0){
//灭灯
printf("绿灯灭");
}
else if(strncmp(buf,"66",2)==0)
{
//亮灯
printf("绿灯亮");
}
//蜂鸣器
else if(strncmp(buf,"77",2)==0){
printf("蜂鸣器关");
}
else if(strncmp(buf,"88",2)==0)
{
printf("蜂鸣器开");
}
}
close(fd);//关闭
return 0;
}
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