初入andorid驱动开发之字符设备(二)

上一部分，主要说了一下，最简单的字符设备，主要实现在内核中打印的功能，实际中，没有多大用处，这章主要讲如何点亮一个LED灯，并编写测试程序：

1 测试程序的编写：

1.1 Android.mk 文件：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)
 LOCAL_SRC_FILES:= led.c
 LOCAL_MODULE:= led
 LOCAL_MODULE_TAGS := eng
 LOCAL_LDLIBS :=  -L$(SYSROOT)/usr/lib -llog
 LOCAL_SHARED_LIBRARIES += \
       libcutils libutils
include $(BUILD_EXECUTABLE)

简单的介绍一下.mk的内容：

LOCAL_PATH:= $(call my-dir) ： 这是必须的，指明你当前的文件的路径。（一般用NDK或者在android源码下用mm编译）

   include $(CLEAR_VARS)： 必要的，主要清除一些模块的变量。

   LOCAL_SRC_FILES:= led.c  必要的，编译该模块的源代码文件。

   LOCAL_MODULE:= led ： 必须的，给你编出的模块命名。如编译共享库，还会自动补充命名。

           LOCAL_MODULE_TAGS := eng  ：可选的，user: 指该模块只在user版本下才编译 eng: 指该模块只在eng版本下才编译

  tests: 指该模块只在tests版本下才编译 optional:指该模块在所有版本下都编译

  LOCAL_LDLIBS :=  -L$(SYSROOT)/usr/lib -llog  ：需要时用。指明编译该模块时，需要加载在目录下的库。

 LOCAL_SHARED_LIBRARIES += \
       libcutils libutils    ：需要时用。指明编译该模块所依赖的共享库。

include $(BUILD_EXECUTABLE) ： 以一个可执行程序的方式编译。

这个mk文件就是编译一个可执行程序led。想详细了解mk相关的知识，可参考下面的博客：

http://blog.youkuaiyun.com/cs_lht/article/details/6803638

http://blog.youkuaiyun.com/hudashi/article/details/7059006

1.2 测试程序的编写：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>     /*Unix 标准函数定义*/
#include <fcntl.h>      /*文件控制定义*/
#include <errno.h>  
#include <cutils/log.h>
//#include <delay.h>


int main(int argc,char*argv[])
{
	int fd=-1;
	printf("open start \n");
	fd = open("/dev/led", O_RDWR);
	if (fd < 0)	
	{					//open device failed
    		printf("open fd  error: %s\n", strerror(errno));
        	exit(-1);
 	}
	printf("write 1 \n");
	write(fd,"1",1);
	sleep(2);
	printf("write 0 \n");
	write(fd,"0",1);
	close(fd);
	return 0;
}

这里主要介绍main的一些知识：

当insmod xx.ko之后，若成功在/dev下会生成我们定义设备名的设备节点。

应该明确，我们做驱动开发，应该明确的明白，正在开发的模块，它的项目需求。而根据需求，具体去划分把实现该需求的方法在哪一层次实现，这需要具体模块具体分析。对于LED的项目需求，无非就是控制暗、灭。那谁去控制led的状态，肯定是由用户，或者上层的app。所以，下层驱动只需要提供write的方法即可，从上层读出控制信息，然后判断控制状态，从而控制led的亮灭。

此测试程序，就是一个最简单的测试流程。

1. 打开设备。fd = open("/dev/led", O_RDWR); 这里需要了解一些open函数的第二个参数，以什么方式打开，如读写、非阻塞等。

2. 对设备操作。无非就是read、write、ioctl、poll等。这里主要是写控制状态给驱动程序。1 ： 灯亮（write(fd,"1",1);）；0 ： 灯灭（write(fd,"0",1);）。

3. 关闭设备。 close(fd);

2. LED驱动程序的编写：

2.1 程序代码：

<span style="font-size:14px;">#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <mach/gpio.h>
#include <linux/io.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>

static struct class *leddrv_class;
static struct device *leddrv_class_dev;
int major;

static unsigned long gpio_va;

//gpio ADDERSS
#define GPIO_OFT(x) ((x) - 0xE0200000)
//GPBCON add
#define GPBCON  (*(volatile unsigned long *)(gpio_va + GPIO_OFT(0xE0200040)))
//GPBDAT add
#define GPBDAT  (*(volatile unsigned long *)(gpio_va + GPIO_OFT(0xE0200044)))


static int led_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>led_drv_open\n");
	//set the GPB3 output 
	  GPBCON &= ~(0xf<<(4*3));
      GPBCON |= (1<<(4*3));
	 //init the GPB3 output 0 LED OFF
	  GPBDAT &= ~(1<<3);
	
	return 0;
}


static int led_drv_read(struct file *filp, char __user *buff, 
                                         size_t count, loff_t *offp)
{
    char val;
	char leds_status;
	leds_status=1;
    copy_to_user(buff, (const void *)&leds_status, 1);                    
    return 1;
}


static int led_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{

    char val[1];
    copy_from_user(val,buf,1);
#if 0    //user the system interface
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>led_drv_write\n");
	gpio_set_value(S5PV210_GPB(3), ((val[0]=='1')?1:0));
	printk("led--%s %d \n",__FUNCTION__,(int)val[0]);
#endif
#if 1 
	printk("val[0]=%d >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n",val[0]);
	if(val[0] == '1' || val[0] == "1")
	{
		printk("%s      1\n",__FUNCTION__);
		GPBDAT |= 1<<3;  //output 1 led on
	}
	else
	{
		printk("%s      0\n",__FUNCTION__);
		</span>GPBDAT &= ~(1<<3);<span style="font-size:14px;">// out 0 led off
	}
#endif
	return 0;
}


static struct file_operations led_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,   
    .open   =   led_drv_open,     
    .write	=	led_drv_write,	  
    .read	=	led_drv_read,
};

static int led_drv_init(void){
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>led_drv_init\n");
    gpio_va = ioremap(0xE0200000, 0x100000);
	if (!gpio_va) {
		return -EIO;
	}
	major = register_chrdev(0, "led_drv", &led_drv_fops); 
	leddrv_class = class_create(THIS_MODULE, "leddrv");
	leddrv_class_dev = device_create(leddrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); 
	return 0;
}

static void led_drv_exit(void){
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>led_drv_exit\n");	
	unregister_chrdev(major, "led_drv"); 
	device_unregister(leddrv_class_dev);
	class_destroy(leddrv_class);
	iounmap(gpio_va);
}

module_init(led_drv_init);
module_exit(led_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
</span>

2.2 对硬件的分析：

我的开发板设备是S5PV210的，其子GPB3连接的LED灯，GPB3输出高电平灯亮，反之则暗。

   

根据硬件原理图的分析，我们知道，首先需要把GPB3设为输出，然后根据读到的控制命令，控制引脚输出高低电平。

第一步：把GPB3设置为输出引脚，所以我们需要设置该引脚的控制寄存器， 1. GPBCON &= ~(0xf<<(4*3))  把GPBCON[3]设为0  2. GPBCON |= (1<<(4*3)) 把GPBCON[3]设为1，即为输出。 

第二步：控制GPB3输出高低电平，所以我们需要设置该引脚的数据寄存器，1. GPBDAT |= 1<<3 把GPBDAT[3]设置为1，输出高电平 2. GPBDAT &= ~(1<<3) 把GPBDAT[3]设置为0，输出低电平。

上面两步，这是我们当初学习51单片机最基本的操作，但是，当时是在裸版下玩的，可以直接控制寄存器，现在我们是基于android下玩，内核层是基于linux框架的，当然需要按照它的机制来。这里假如你现在需要了解详细的，你需要好好研究linux。

2.3 对代码几个关键点的讲解

1. ioremap、iounmap

要想真正的理解这两个函数，你需要对linux的内存的机制和操作有着较多的研究，了解现代的内存管理机制，页机制等等，这里只简单的介绍一下函数的使用和一些基本知识点。如需详细了解可看《深入理解linux内核》这本书。

ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size) 
入口： phys_addr：要映射的起始的IO地址； 
size：要映射的空间的大小；  
功能： 将一个IO地址空间映射到内核的虚拟地址空间上去，便于访问；

在内核访问这些地址必须分配给这段内存以虚拟地址,这正是ioremap的意义所在 ,需要注意的是,物理内存已经"存在"了,无需alloc page给这段地址了. 为了使软件访问I/O内存,必须为设备分配虚拟地址.这就是ioremap的工作.这个函数专门用来为I/O内存区域分配虚拟地址(空间).对于直接映射的I/O地址ioremap不做任何事情。

2. copy_from_user copy_to_user

这里需要了解运行态，用户空间、内核空间及其的权限等。

static inline unsigned long __must_check copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)

功能：将用户空间中的内容拷贝到内核空间中

参数：*to：目的地址，内核空间

  *from：源地址，用户空间

 n： 复制内容的字节数

这个led驱动程序，主要用到这个函数，即write中，从用户空间读数据，然后判断控制状态，从而控制引脚输出高低电平。

       static inline unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

功能：将内核空间中的内容拷贝到用户空间中

参数：*to：目的地址，用户空间

  *from：源地址，内核空间

 n： 复制内容的字节数

注意：在使用这两个函数和上面的函数时候，最好加上判断，若失败，则退出，有时还有释放之前申请的资源。在使用这两个函数，需特别注意，小心溢出的问题，容易引起oops的问题。

到此，LED的字符驱动基本完毕了，关于ioremap的大小，你可以自己按照你控制的需求来定义大小了，我这随便定义的。整套的测试，把驱动生成的KO，push到设备中，把生成的测试程序push到设备中，注意更改该权限（chmod 777 xxx），然后insmod xx.ko，最后./xxx,则你会看到你的led的变化。