linux编译3g驱动_从helloworld到LED驱动

引言

linux驱动是连接软件和硬件的一个中间介质&＃xff0c;实现了对硬件的配置和控制。进一步将硬件抽象化&＃xff0c;为软件操作硬件提供了简单的接口。不论硬件的具体形式如何&＃xff0c;linux驱动都将其映射到一个文件&＃xff0c;软件端对硬件的读写操作等都被抽象成文件操作了。本篇从hello world开始&＃xff0c;简要介绍驱动的基本结构&＃xff0c;然后再进一步介绍LED硬件的搭建&＃xff0c;以及驱动的编写&＃xff0c;设备树的修改。让大家对linux驱动有一个基本的认识。

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Hello world驱动

hello world几乎成了所有编程书的第一个程序&＃xff0c;用来介绍程序的大体结构。一个简单的hello world让人感觉这本书学起来真的很容易&＃xff0c;不知不觉就进入圈套。被诱导入坑的我&＃xff0c;也来用一个hello world诱别人入坑。先上程序&＃xff1a;

#include #include MODULE_LICENSE("GPL v2");​​static int hello_init(void){​ printk(KERN_INFO "Hello world"); return 0;}​static void hello_exit(void){ printk(KERN_INFO "Goodbye, cruel world");}​module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);​

一个驱动的使用过程包括&＃xff1a;模块的装载&＃xff0c;软件调用&＃xff0c;模块卸载。程序中module_init和module_exit是内核中的宏&＃xff0c;是一个驱动必须包含部分。当驱动被装载时&＃xff0c;就会调用module_init指定的初始化函数hello_init&＃xff0c;而当驱动被卸载时&＃xff0c;就会调用hello_exit函数。初始化函数通常都是进行设备树检查&＃xff0c;内存分配映射&＃xff0c;硬件配置&＃xff0c;文件和硬件关联等操作。清除函数用于释放内存&＃xff0c;硬件的清零等操作。通常驱动还会定义一些文件IO操作&＃xff0c;比如write&＃xff0c;read&＃xff0c;ioctrl等。Hello world只给出一个驱动编写格式和流程&＃xff0c;文件操作在LED驱动中再介绍。MODULE_LISENCE用于告诉内核该模块采用的许可证类型&＃xff0c;这个一般和linux内核采用

的许可证一致就好了。

现在来看驱动模块是如何编译的&＃xff0c;看Makefile&＃xff1a;

obj-m:&＃61;hello.oARCH&＃61;armCROSS_COMPILE&＃61;arm-xilinx-linux-gnueabi-CC:&＃61;$(CROSS_COMPILE)gccLD:&＃61;$(CROSS_COMPILE)ldKERNELDIR:&＃61;/home/anpingbo/Design/linux/linux-xlnxPWD:&＃61;$(shell pwd)all: make -C $(KERNELDIR) M&＃61;$(PWD) modules​

如果我们要构造的模块名称为hello.ko&＃xff0c;那么就需要指定obj-m为hello.o&＃xff0c;这个是hello.ko生成的依赖选项。是在zynq平台上编译模块&＃xff0c;需要制定ARCH类型为arm&＃xff0c;以及交叉编译工具&＃xff0c;如果使用本机linux系统默认gcc就不能在zynq平台下加载模块&＃xff0c;这里的交叉工具链为arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc&＃xff0c;arm-xilinx-linux-gnueabi-ld是交叉连接器&＃xff0c;把程序链接成可以在arm平台运行的模块。同时还需要制定内核系统文件夹&＃xff0c;因为模块编译要用到内核的库。All下就是编译模块了。设置好交叉工具的环境变量后&＃xff0c;直接执行make&＃xff0c;机会生成hello.ko&＃xff0c;这个就是编译好的驱动模块。

图1.1 编译hello驱动过程

我们打开zynq系统&＃xff0c;加载hello.ko&＃xff0c;加载使用insmod命令&＃xff0c;卸载使用rmmod命令。我们发现没有打印出任何信息&＃xff0c;这是不是模块编译有错误&＃xff0c;其实模块没有错误&＃xff0c;流程也都对。因为printk打印函数是有级别的&＃xff0c;只有低于这个级别值才能打印到terminal中。我们可以修改内核级别&＃xff0c;比如我们将级别降低&＃xff1a;

echo 8 > /proc/sys/kernel/printk

我们还可以使用dmesg来查看驱动打印的日志。其会打印所有驱动加载和卸载的打印日志。

图1.2 insmod hello.ko

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LED驱动

2.1 vivado工程

我们通过axi_gpio来连接4个LED灯&＃xff0c;通过linux驱动来点亮LED灯。Block如图2.1&＃xff0c;我们设置gpio宽度为4。还有一个我们需要用到的就是LED映射到的内存&＃xff0c;可以在address editor中看到&＃xff0c;gpio0是LED的。接下来就是一般的流程&＃xff0c;管脚约束&＃xff0c;综合&＃xff0c;编译。然后导出工程&＃xff0c;打开SDK&＃xff0c;新建fsbl&＃xff0c;编译&＃xff0c;生成设备树&＃xff0c;制作boot.bin。

图2.1 LED硬件工程

2.2 LED驱动

LED属于字符类驱动&＃xff0c;符合字符类驱动的写法。Linux内核中每个模块实际上是以文件形式存在的&＃xff0c;这些文件存放于/dev目录下。而不同的驱动模块具有不同的主设备号和次设备号。主设备号用于区别不同的驱动&＃xff0c;而次设备号用于更具体的指向驱动指向的设备。设备号就相当于门牌号&＃xff0c;用于唯一区别不同驱动。编写驱动过程中就需要为驱动分配设备号。现在进一步分析LED驱动代码&＃xff1a;

#define LED_DATA 0x41200000#define LED_CTRL 0x41200004

这两行定义了LED数据控制寄存器和数据读写寄存器的内存地址。实际上驱动对LED硬件的配置和读写都是通过配置其寄存器实现的。具体要看GPIO的硬件信息。

dev_t led_devt;void __iomem *baseaddr;

dev_t定义了设备编号&＃xff0c;__iomem定义了linux内核的存储指针。硬件的内存需要映射到linux内核空间才能操作。在使用和配置LED时&＃xff0c;需要先将其物理内存映射到linux内核的内存空间。映射函数ioremap就是专门用于IO端口内存映射的。

static int led_major&＃61;25;struct cdev *led_dev;int led_value;

上述定义了一个led主设备号。通过ls –l命令可以查看/dev下驱动的设备号。当然这是一种不方便的方式&＃xff0c;正常情况下设备号也可以自动分配。Cdev是字符设备的结构体&＃xff0c;定义如下&＃xff1a;

struct cdev { struct kobject kobj; // 内嵌的kobject对象 struct module *owner; // 所属模块 const struct file_operations *ops; // 文件操作结构体 struct list_head list; //linux内核所维护的链表指针 dev_t dev; //设备号 unsigned int count; //设备数目 };

文件操作结构体实际上提供了软件操作LED的接口&＃xff0c;上文讲过驱动都被映射成/dev下的一个文件&＃xff0c;软件调用驱动的时候&＃xff0c;以打开&＃xff0c;读写&＃xff0c;关闭对应设备文件来进行操控。我们看一下LED驱动中的文件结构&＃xff1a;

struct file_operations led_fops&＃61;{ .owner&＃61;THIS_MODULE, .read&＃61;led_read, .write&＃61;led_write, .unlocked_ioctl&＃61;led_ioctl, .open&＃61;led_open, .release&＃61;led_release,};

其中包含了文件应该有的四种基本操作open, read, write, release实际上是close。文件结构体还提供了ioctrl函数&＃xff0c;这个函数为软件提供了一种更为灵活的操纵底层硬件的方法。

接下来对文件结构体中的每个函数进行分析。

1) led_open

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){ struct resource *res; int reg; printk("begin: open led"); filp->private_data&＃61;inode->i_cdev; res&＃61;request_mem_region(LED_DATA, 0x10000, "LED"); if(!res){ printk("failed requesting resource"); return 0; } printk("begin: remap led"); baseaddr&＃61;ioremap(LED_DATA, 0x10000); if(!baseaddr){ printk("ERROR: couldn&＃39;t allocate baseaddr"); return 0; } printk("baseaddr is %x