树莓派学习笔记（十二）Linux驱动认知及编译加载驱动

原创已于 2023-03-25 13:31:30 修改

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#linux #学习 #运维

于 2023-03-25 12:08:05 首次发布

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本文介绍了Linux驱动的基本概念，包括内核空间的设备管理和驱动程序的组织。详细讲解了如何通过主设备号和次设备号找到相关驱动，以及驱动代码的开发流程，从编写、编译到在Linux系统上的测试方法。还提供了一个简单的驱动程序示例pin4driver.c及其编译和测试步骤。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、Linux驱动认知

Linux驱动分为用户空间、内核空间和硬件
请添加图片描述
用户空间：分为App和C library

(1）App：cp、ftp项目、C基础、C库、文件、进程、进程间通信、线程、网络
(2）C library：指C库，比如：open() read() write() fork() pthread() socket()等等，c库提供的API调用内核态，支配内核干活。（提供了app支配内核干活的接口）

二、内核空间

Linux下一切皆文件
设备都拥有自己对应的驱动程序

1、如何找到相关的驱动

（1）文件名

（2）设备号：主设备号和次设备号

2、主设备号和次设备号

请添加图片描述 Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备（比如手机品牌种类有华为、苹果、oppo、vivo等），而次设备号用来区分同一类型的多个设备（比如华为品牌的mate30、mate40、mate 50手机等）。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3

3、驱动链表：管理所有设备的驱动

（1）添加：编写完驱动程序，加载到内核

（2）查找：调用驱动程序，应用层用户空间去open()

4、驱动插入链表的顺序由设备号检索

在这里插入图片描述

5、驱动代码的开发

1、添加驱动

(1）设备名
(2）设备号：主设备号和此设备号
(3）设备驱动函数(操作寄存器来驱动I/O口)

2、调用驱动过程
请添加图片描述

用户程序调用open函数，会触发中断异常（软中断，中断号0x80表示系统调用），进入内核态，调用sys_call
穿透虚拟文件系统（VFS），调用sys_open函数根据文件名背后的设备号去驱动链表中找到对应的驱动，调用驱动的相关函数，实现具体操作

Linux之中，一切皆文件，硬件设备(鼠标，键盘，led，屏幕，flash，内存，网卡)，IO口，串口
这些都需要驱动程序来进行调用，上层只需要通过open，read，write函数来操作，而操作的对象是文件还是设备，这就需要驱动程序的运行请添加图片描述

三、驱动编写、编译、测试

1. 驱动编写：
文件命名为pin4driver.c

手动生成设备

sudo mknod cl c 8 1

请添加图片描述

#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;  
static struct device *pin4_class_dev;
 
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
 
//read
static int pin4_read(struct file *file1,char __user *buf,size_t size,loff_t *ppos)
{
        printk("pin4_read\n");
        return 0;
}
 
 
//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
   return 0;
}
 
//led_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{
   printk("pin4_write\n");
   return 0;
}
 
static struct file_operations pin4_fops = {
   .owner = THIS_MODULE,
   .open  = pin4_open,
   .write = pin4_write,
   .read  = pin4_read,
};
 
int __init pin4_drv_init(void)   //真时驱动入口   
{
    int ret;
    devno = MKDEV(major,minor);  //1、创建设备号
    ret   = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops);  //3、注册驱动  告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中
    pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");      //代码在dev下自动生成设备
    pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name);  //创建设备文件
    return 0;
}
 
void __exit pin4_drv_exit(void)
{
 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,内核加载该驱动的时候，这个宏会被调用
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

2. 驱动编译：
2.1 将驱动代码拷贝到driver/char目录下
请添加图片描述

2.2 修改该目录下的Makefile（在首行加上下面语句），表示需要编译该驱动文件

（1）输入指令： vi Makefile
（2）然后在Makefile文件内加一条：obj-m += pin4driver2.o

	obj-m    += pin4driver.o //obj-m表示以模块形式编译生成.ko文件
							 //pin4driver.o是驱动代码pin4driver.c的.o文件

在这里插入图片描述
2.3返回内核目录下进行编译

	ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules

编译成功后在driver/char目录下出现pin4driver.ko驱动文件
请添加图片描述
3. 驱动测试
3.1 将xxx.ko驱动文件通过scp命令发送给树莓派

	scp pin4driver.ko pi@192.168.0.123:/home/pi

3.2 装载内核驱动：sudo insmod xxx.ko

sudo insmod pin4driver.ko

3.2.1 编译一个测试代码pin4test.c，然后把测试代码远程拷贝到树莓派的根目录

测试代码内容如下：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>

int main()
{
        int fd;
        int cmd;
        int data;
        fd = open("/dev/pin4",O_RDWR);

        if(fd < 0){
                printf("open failed\n");
                perror("reson:");


        }else{

                printf("open success\n" );
        }
        printf("input command: 1/0\n1:set pin4 high\n0:set pin4 low\n" );
        scanf("%d",&cmd);
        if (cmd == 1)
        {
                data = 1;
        }
        if (cmd == 0)
        {
                data = 0;
        }
        printf("data= %d\n",data);
        fd= write(fd,&data,1);

}

开始编译测试代码，并重新命名为pin4test

arm-linux-gnueabihf-gcc pin4test.c -o pin4test

请添加图片描述

把测试代码pin4test远程拷贝到树莓派的根目录

scp pin4test pi@192.168.0.123:/home/pi

3.3 为设备文件添加访问权限

装载成功后将在/dev目录下生成设备（例/dev/pin4，需要给该文件添加访问权限：sudo chmod 666 /dev/pin4 ）

sudo chmod 666 /dev/pin4

原因：内核驱动是由通过sudo命令管理员装载的，默认只有管理员有访问权限

3.4 运行测试程序调用驱动（测试程序参考博文：基于框架编写驱动）

运行./pin4test文件

3.5 通过命令dmesg查看打印的信息
（Dmesg用于显示内核环形缓冲区的内容，内核在其中存储各种消息）

补充：
查看内核模块：lsmod
卸载内核驱动：sudo rmmod xxx（不需要写.ko）

四、驱动阶段性总结

（1）内核驱动基本框架：

驱动代码编写：
参考pin4driver.c:

（2）内核驱动编译：

把驱动代码拷贝至 driver/char
修改Makefile ，告诉编译器，要编译该驱动文件,驱动代码文件放在哪个目录下就修改哪个目录下的Makefile文件
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules

（3）驱动测试步骤：

内核驱动装载：

sodu insmod xxx.ko
内核驱动卸载：
sodu rmmod xxx 不需要写ko
查看内核模块：
lsmod

（4）验证步骤：

装载驱动
驱动装载后生成设备，比如：/dev/pin4，通过
sudo chmod 666 /dev/pin4 添加访问权限
运行测试程序pin4text调用驱动
内核的printk是内核层的printf，通过dmesg查看打印信息。