Linux设备驱动工程师之路——硬件访问及混杂设备LED驱动

Linux设备驱动工程师之路——硬件访问及混杂设备LED驱动

K-Style

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一、重要知识点

1.I/O端口和I/O内存

寄存器和常规内存的区别：寄存器和RAM主要不同在于寄存器有边际效果，读取某个地址时可能导致该地址的内容发生变化，比如说很多设备的中断状态寄存器只要一读取，便自动清0。所以硬件寄存器不能直接访问，而要通过I/O端口和I/O内存两种方式访问。

在硬件层，I/O内存区域和I/O端口区域没有概念上的区别：它们都是通过向地址总线和控制总线发生电平信号进行访问，再通过数据总线读写数据。

a.I/O端口：

一些CPU制造厂在它们的芯片中使用单一的地址空间，而一些则为外设保留独立的地址空间，以便和内存区间分开来，这段独立与内存地址空间的地址空间就叫I/O端口。在/proc/ioport中可以看到。嵌入式处理器大部分不支持I/O端口。

访问I/O端口有两步：1.申请I/O端口2.读写I/O端口

申请I/O端口：

structresource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name)

申请从first开始的n个端口。参数name为设备名称。如果分配成功则返回非NULL值。

释放I/O端口：

voidrelease_region(unsigned long start, unsigned long n)

读写I/O端口：

读写一个字节

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned char byte, unsigned port)

读写二个字节

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned short byte, unsigned port)

读写四个字节

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned long byte, unsigned port)

b.I/O内存

通过将外设寄存器映射到内存空间来进行访问叫做I/O内存，嵌入式大多只支持这种操作。

访问I/O内存有三步：1.申请I/O内存区域2.映射I/O内存区域3.读写I/O内存

申请I/O内存区域

structresource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name)

申请访问从start（I/O物理地址）开始的len长度的I/O内存区域，如成功则返回非NULL值。在/proc/iomem中可可以查看到已经被申请的I/O内存区域。在后面的我写的驱动程序中并没用使用申请这一步，是因为我使用的GPIO内存区域已经被申请，如果在申请会导致失败。但是这样做法是不安全的做法，因为同一I/O内存区域域被多个模块使用。

释放I/O内存区域

voidrelease_mem_region(unsigned long start, unsigned long len)

映射I/O内存区域

void*ioremap(unsigned long phy_addr, unsigned long size)

映射从物理地址phy_addr开始的size长度的的地址空间。返回可以访问I/O内存地址。由ioreamp返回的地址不应该直接引用，必须通过下面一些列的读写函数完成。

读写操作I/O内存

读1、2、4个字节：

unsignedint read8(void *addr);

unsignedint read16(void *addr)

unsignedint read32(void *addr)

写读1、2、4个字节：

voidiowrite8(u8 value, void *addr)

voidiowrite16(u8 value, void *addr)

voidiowrite32(u8 value, void *addr)

2.混杂设备驱动

在Linux系统中，存在一类字符设备，他们共享一个主设备号（10）,但此设备号不同，我们称这类设备为混杂设备（miscdeivce）,查看/proc/device中可以看到一个名为misc的主设备号为10。所有的混杂设备形成一个链表，对设备访问时内存根据次设备号找到对应的miscdevice设备。

Linux内核使用structmiscdeivce来描述一个混杂设备

structmiscdevice{
int minor;

conststruct file_opreations *fops;

structlist_head list;

structdevice *parent;

structdevice *this_device;

}

使用时只需填写minor次设备号，*name设备名，*fops文件操作函数集即可。

Linux内核使用misc_register函数注册一个混杂设备。注册成功后，linux内核为自动为该设备创建设备文件。

intmisc_register(struct miscdevice *misc)

二、驱动代码

1.驱动代码一

这段LED驱动代码采用手动I/O内存映射的方式访问。没有使用申请内存区域函数，这样使不安全的。直接访问I/O内存地址而不是通过读写函数访问也是不安全。同时驱动代码包含硬件相关代码也是移植性不好的。写这段代码是为了帮助理解I/O内存映射的过程。

#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/irq.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/pci.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/atomic.h>
#include <asm/unistd.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/ioport.h>
 
volatile unsigned int long *gpb_con = NULL;
volatile unsigned int long *gpb_data = NULL;
 
static int leds_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
                    unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
 
         if((cmd>1) |(arg>3))
                   return-EINVAL;
                  
         switch(cmd)
         {
                   case 0:
                            *gpb_data&= ~(1<<arg+5);
                            break;
                   case 1:
                            *gpb_data|= (1<<arg+5);
                            break;
                           
                   default:
                            return-EINVAL;
                           
         }
        
         return 0;
}
 
static const struct file_operations leds_fops = {
         .owner = THIS_MODULE,
         .ioctl = leds_ioctl,
};
 
static struct miscdevice misc = {
         .minor =MISC_DYNAMIC_MINOR,
         .name ="my_leds",
         .fops =&leds_fops,
};
 
static int __init leds_init(void)
{
         int ret;
 
         //注册混杂设备
         ret =misc_register(&misc);
        
         //映射I/O内存
         gpb_con = (volatileunsigned long *)ioremap(0x56000010, 16); //0x56000010为GPIOB控制寄存器的物理地址
         gpb_data = gpb_con+1;
        
         //配置LED对应的GPIOB 5、6、7、8口为输出并初始化为1，LED灭
         *gpb_con |=(1<<5*2)|(1<<6*2)|(1<<7*2)|(1<<8*2);
         *gpb_data |=(1<<5) | (1<<6) | (1<<7) | (1<<8);
        
         printk("ledsinit.\n");
         return ret;
}
 
static void leds_exit(void)
{
 
         misc_deregister(&misc);        
        
         printk("leds_exit\n");
}
 
module_init(leds_init);
module_exit(leds_exit);
 
MODULE_AUTHOR("Y-Kee");
MODULE_LICENSE("GPL");
 

2.驱动代码二：

采用内核定义好的GPIO接口（S3C2410_GPB5和S3C2410_GPB5_OUTP）和GPIO操作函数（s3c2410_gpio_setpin和s3c2410_gpio_cfgpin）。可移植性好，也是正确的做法。内核的GPIO操作函数也是通过一些的运算将GPIO接口换算成虚拟内存地址然后进行访问的。

#include <linux/delay.h>
#include <asm/irq.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/pci.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/atomic.h>
#include <asm/unistd.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>
 
static unsigned long led_table[] =   {
         S3C2410_GPB5,
         S3C2410_GPB6,
         S3C2410_GPB7,
         S3C2410_GPB8,
};
 
static unsigned long led_cfg_table[] =    {
         S3C2410_GPB5_OUTP,
         S3C2410_GPB6_OUTP,
         S3C2410_GPB7_OUTP,
         S3C2410_GPB8_OUTP,
};
 
 
static int leds_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
                    unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
         if((cmd>1) |(arg>3))
                   return-EINVAL;
                  
         switch(cmd)
         {
                   case 0:
                            s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],0);
                            break;
                   case 1:
                            s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],1);
                            break;
                           
                   default:
                            return-EINVAL;
                           
         }
        
         return 0;
}
 
static const struct file_operations leds_fops = {
         .owner = THIS_MODULE,
         .ioctl = leds_ioctl,
};
 
static struct miscdevice misc = {
         .minor =MISC_DYNAMIC_MINOR,
         .name ="my_leds",
         .fops =&leds_fops,
};
 
static int __init leds_init(void)
{
         int ret, i;
 
         //注册混杂设备
         ret =misc_register(&misc);
        
         //配置LED对应的GPIOB 5、6、7、8口为输出并初始化为1，LED灭
         for(i=0; i<4; i++)
         {
                   s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i],led_cfg_table[i]);
                   s3c2410_gpio_setpin(led_table[i],1);
         }
        
         printk("ledsinit.\n");
         return ret;
}
 
static void leds_exit(void)
{
 
         misc_deregister(&misc);
         printk("leds_exit\n");
}
 
module_init(leds_init);
module_exit(leds_exit);
 
MODULE_AUTHOR("Y-Kee");
MODULE_LICENSE("GPL");