【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板

之前的几篇文章(从i.MX6ULL嵌入式Linux开发1-uboot移植初探起),介绍了嵌入式了Linux的系统移植(uboot、内核与根文件系统)以及使用MfgTool工具将系统烧写到板子的EMMC中。

本篇开始介绍嵌入式Linux驱动开发。

内容较多,先看目录:

文章目录

  • 1 Linux驱动分类
  • 2 Linux驱动基本原理
    • 2.1 Linux软件分层结构
    • 2.2 Linux内核驱动操作函数
    • 2.3 Linux驱动运行方式
    • 2.4 Linux设备号
      • 2.4.1 设备号的组成
      • 2.4.2 主设备号的分配
  • 3 字符设备驱动开发模板
    • 3.1 加载与卸载
    • 3.2 注册与注销
    • 3.3 实现设备的具体操作函数
    • 3.4 添加LICENSE和作者信息
  • 4 字符设备驱动开发实验
    • 4.1 程序编写
      • 4.1.1 编写驱动程序
      • 4.1.2 编写应用程序
    • 4.2 程序编译
      • 4.2.1 编译驱动程序
      • 4.2.2 编译应用程序
    • 4.3 测试
      • 4.3.1 创建驱动模块目录
      • 4.3.2 发送文件到开发板(TFTP传输)
      • 4.3.3 开始测试
      • 4.3.4 打印冲突问题规避
  • 5 总结

1 Linux驱动分类

Linux中的外设驱动可以分为三大类:字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动。

  • 字符设备驱动:字符设备是能够按照字节流(比如文件)进行读写操作的设备。字符设备最常见,从最简单的点灯到I2C、SPI、音频等都属于字符设备驱动
  • 块设备驱动:以存储块为基础的设备驱动,如EMMC、NAND、SD卡等。对用户而言,字符设备与块设备的访问方式没有差别。
  • 网络设备驱动:即网络驱动,它同时具有字符设备和块设备的特点,因为它是输入输出是有结构块的(报文,包,帧),但它的块的大小又不是固定的。

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第1张图片

2 Linux驱动基本原理

Linux中一切皆文件,驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件,应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。

比如最简单的点灯功能,会有/dev/led这样的驱动文件,应用程序使用open函数来打开文件/dev/led,如果要点亮或关闭led,那么就使用write函数写入开关值,如果要获取led的状态,就用read函数从驱动中读取相应的状态,使用完成以后使用close函数关闭/dev/led这个文件。

2.1 Linux软件分层结构

Linux软件从上到下可以分层4层结构,以控制LED为例:

  • 应用层:应用程序使用库提供的open函数打开LED设备

  • :库根据open函数传入的参数执行“swi”指令,进而引起CPU异常,进入内核

  • 内核:内核的异常处理函数根据传入的参数找到对应的驱动程序,返回文件句柄给库,进而返回给应用层

  • 应用层得到文件句柄后,使用库提供的write或ioctl发出控制指令

  • 库根据write或ioctl函数传入的参数执行“swi”指令,进入内核

  • 内核的异常处理函数根据传入的参数找到对应的驱动程序

  • 驱动:驱动程序控制硬件,点亮LED

应用程序运行在用户空间,而Linux驱动属于内核的一部分,因此驱动运行于内核空间。当应用层通过open函数打开/dev/led 这个驱动时,因用户空间不能直接操作内核,因此会使用“系统调用”的方法来从用户空间“陷入”到内核空间,实现对底层驱动的操作。

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第2张图片

比如应用程序调用了open这个函数,则在驱动程序中也应有一个对应的open的函数。

2.2 Linux内核驱动操作函数

每一个系统调用,在驱动中都有与之对应的一个驱动函数,在Linux内核文件include/linux/fs.h中有个file_operations结构体,就是Linux内核驱动操作函数集合:

struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	/*省略若干行...*/
};

其中有关字符设备驱动开发中常用的函数有:

  • owner:拥有该结构体的模块的指针,一般设置为THIS_MODULE。
  • llseek函数:用于修改文件当前的读写位置。
  • read函数:用于读取设备文件。
  • write函数:用于向设备文件写入(发送)数据。
  • poll函数:是个轮询函数,用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写。
  • unlocked_ioctl函数:提供对于设备的控制功能, 与应用程序中的 ioctl 函数对应。
  • compat_ioctl函数:与 unlocked_ioctl功能一样,区别在于在 64 位系统上,32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl。
  • mmap函数:用于将将设备的内存映射到进程空间中(也就是用户空间),一般帧缓冲设备会使用此函数, 比如 LCD 驱动的显存,将帧缓冲(LCD 显存)映射到用户空间中以后应用程序就可以直接操作显存了,这样就不用在用户空间和内核空间之间来回复制。
  • open函数:用于打开设备文件。
  • release函数:用于释放(关闭)设备文件,与应用程序中的 close 函数对应。
  • fasync函数:用于刷新待处理的数据,用于将缓冲区中的数据刷新到磁盘中。
  • aio_fsync函数:与fasync功能类似,只是 aio_fsync 是异步刷新待处理的

2.3 Linux驱动运行方式

Linux 驱动有两种运行方式:

  • 将驱动编译进Linux内核中, 这样当Linux内核启动的时候就会自动运行驱动程序。
  • 将驱动编译成模块(扩展名为 .ko), 在Linux内核启动以后使用“insmod”命令加载驱动模块。

在驱动开发阶段一般都将其编译为模块,不需要编译整个Linux代码,方便调试驱动程序。当驱动开发完成后,根据实际需要,可以选择是否将驱动编译进Linux内核中。

2.4 Linux设备号

2.4.1 设备号的组成

Linux中每个设备都有一个设备号,设备号由主设备号和次设备号两部分组成。

  • 主设备号:表示某一个具体的驱动
  • 次设备号:表示使用这个驱动的各个设备

Linux 提供了名为dev_t的数据类型表示设备号,其本质是32位的unsigned int数据类型,其中高12位为主设备号,低20位为次设备号,因此Linux中主设备号范围为0~4095

在文件include/linux/kdev_t.h中提供了几个关于设备号操作的宏定义:

#define MINORBITS     20 
#define MINORMASK     ((1U << MINORBITS) - 1) 

#define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS)) 
#define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK)) 
#define MKDEV(ma,mi)  (((ma) << MINORBITS) | (mi))
  • MINORBITS:表示次设备号位数,一共20位
  • MINORMASK:表示次设备号掩码
  • MAJOR:用于从dev_t中获取主设备号,将dev_t右移20位即可
  • MINOR:用于从dev_t中获取次设备号,取dev_t的低20位的值即可
  • MKDEV:用于将给定的主设备号和次设备号的值组合成dev_t类型的设备号

2.4.2 主设备号的分配

主设备号的分配包括静态分配和动态分配

  • 静态分配需要手动指定设备号,并且要注意不能与已有的重复,一些常用的设备号已经被Linux内核开发者给分配掉了,使用“cat /proc/devices”命令可查看当前系统中所有已经使用了的设备号。
  • 动态分配是在注册字符设备之前先申请一个设备号,系统会自动分配一个没有被使用的设备号, 这样就避免了冲突。在卸载驱动的时候释放掉这个设备号即可。

设备号的申请函数:

/*
* dev:保存申请到的设备号
* baseminor:次设备号起始地址,一般baseminor为0 (次设备号以baseminor为起始地址地址开始递)
* count:要申请的设备号数量
* name:设备名字
*/
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) 

设备号的释放函数:

/*
* from:要释放的设备号
* count:表示从from开始,要释放的设备号数量
*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) 

3 字符设备驱动开发模板

3.1 加载与卸载

在编写驱动的时候需要注册模块加载和卸载这两种函数:

module_init(xxx_init);   //注册模块加载函数 
module_exit(xxx_exit);   //注册模块卸载函数 
  • module_init()用来向Linux内核注册一个模块加载函数,参数xxx_init就是需要注册的具体函数,当使用 “insmod” 命令加载驱动的时候,xxx_init这个函数就会被调用。

  • module_exit()用来向Linux内核注册一个模块卸载函数,参数xxx_exit就是需要注册的具体函数,当使
    用“rmmod”命令卸载具体驱动的时候 xxx_exit函数就会被调用。

字符设备驱动模块加载和卸载模板如下所示:

/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函数内容 */ 
	return 0; 
} 

/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/*出口函数内容*/ 
} 

/*指定为驱动的入口和出口函数 */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

驱动编译完成以后扩展名为.ko, 有两种命令可以加载驱动模块:

  • insmod:最简单的模块加载命令,用于加载指定的.ko模块,此命令不能解决模块的依赖关系

  • modprobe:该命令会分析模块的依赖关系,将所有的依赖模块都加载到内核中,因此更智能

    modprobe 命令默认会去/lib/modules/目录中查找模块(自制的根文件系统没有这个目录,需要手动创建)

卸载驱动也有两种命令:

  • rmmod:例如使用rmmod drv.ko来卸载 drv.ko这一个模块
  • modprobe -r:该命令除了卸载指定的驱动,还卸载其所依赖的其他模块,若这些依赖模块还在被其它模块使用,就不能使用 modprobe来卸载驱动模块!!!

3.2 注册与注销

对于字符设备驱动而言,当驱动模块加载成功以后需要注册字符设备,同样,卸载驱动模块的时候也需要注销掉字符设备

字符设备的注册函数原型如下所示:

/* func: register_chrdev 注册字符设备
* major:主设备号
* name:设备名字,指向一串字符串
* fops:结构体 file_operations 类型指针,指向设备的操作函数集合变量
*/
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops) 

字符设备的注销函数原型如下所示:

/* func: unregister_chrdev 注销字符设备
* majo:要注销的设备对应的主设备号 
* name:要注销的设备对应的设备名
*/
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name) 

一般字符设备的注册在驱动模块的入口函数 xxx_init 中进行,字符设备的注销在驱动模块的出口函数 xxx_exit 中进行。

static struct file_operations test_fops;

/* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/* 入口函数具体内容 */ 
    int retvalue = 0; 
    /* 注册字符设备驱动 */ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*  字符设备注册失败, 自行处理 */ 
	} 
	return 0; 
} 

/* 驱动出口函数 */ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{ 
	/* 注销字符设备驱动 */ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
} 

/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

注:选择没有被使用的主设备号,可输入命令“cat /proc/devices”来查看当前已经被使用掉的设备号

3.3 实现设备的具体操作函数

file_operations 结构体就是设备的具体操作函数。

假设对chrtest这个设备有如下两个要求:

  • 能够实现打开和关闭操作:需要实现 file_operations 中的openrelease这两个函数
  • 能够实现进行读写操作:需要实现 file_operations 中的readwrite这两个函数

首先是 打开(open)、读取(read)、写入(write)、释放(release) 4个基本操作

/*打开设备*/ 
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*从设备读取*/ 
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*向设备写数据*/ 
static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{ 
	/*用户实现具体功能*/
	return 0; 
} 

/*关闭释放设备*/ 
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp) 
{ 
	 /*用户实现具体功能*/ 
	return 0; 
} 

然后是 驱动的入口(init)和出口(exit) 函数:

/*文件操作结构体*/
static struct file_operations test_fops = { 
	.owner = THIS_MODULE,    
	.open = chrtest_open, 
	.read = chrtest_read, 
	.write = chrtest_write, 
	.release = chrtest_release, 
}; 

/*驱动入口函数*/ 
static int __init xxx_init(void) 
{ 
	/*入口函数具体内容*/ 
	int retvalue = 0; 

    /*注册字符设备驱动*/ 
	retvalue = register_chrdev(200, "chrtest", &test_fops); 
	if(retvalue < 0)
    { 
		/*字符设备注册失败*/ 
	} 
	return 0; 
}

/*驱动出口函数*/ 
static void __exit xxx_exit(void) 
{
	/*注销字符设备驱动*/ 
	unregister_chrdev(200, "chrtest"); 
}

/*指定为驱动的入口和出口函数*/ 
module_init(xxx_init); 
module_exit(xxx_exit); 

3.4 添加LICENSE和作者信息

LICENSE是必须添加的,否则编译时会报错,作者信息可加可不加。

MODULE_LICENSE()  //添加模块 LICENSE 信息 
MODULE_AUTHOR()   //添加模块作者信息

总结一下:

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第3张图片

4 字符设备驱动开发实验

下面以正点原子提供的教程中的chrdevbase这个虚拟设备为例,完整的编写一个字符设备驱动模块。chrdevbase不是实际存在的一个设备,只是为了学习字符设备的开发的流程。

4.1 程序编写

需要分别编写驱动程序应用程序

注:为了区分两个程序的打印信息,在驱动程序的打印前都添加**“[BSP]”标识**,在应用程序的打印前都添加**”[APP]“标识**。

4.1.1 编写驱动程序

  • 一些定义
#define CHRDEVBASE_MAJOR	200				/*主设备号*/
#define CHRDEVBASE_NAME		"chrdevbase" 	/*设备名*/

static char readbuf[100];		/*读缓冲区*/
static char writebuf[100];		/*写缓冲区*/
static char kerneldata[] = {"kernel data!"}; /*内核驱动中的数据,用来测试应用程序读取该数据*/
  • 打开、关闭、读取、写入
/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase open!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 从设备读取数据 
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt 	: 要读取的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
 */
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
	
	/* 向用户空间发送数据 */
	memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
    
	retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel senddata ok!\n");
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel senddata failed!\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase read!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件,表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
 */
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue = 0;
    
	/* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
	retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
	if(retvalue == 0)
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata:%s\n", writebuf);
	}
    else
    {
		printk("[BSP] kernel recevdata failed!\n");
	}
	
	printk("[BSP] chrdevbase write!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 关闭/释放设备
 * @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("[BSP] chrdevbase release!\n");
	return 0;
}

  • 驱动加载与注销
/*
 * 设备操作函数结构体
 */
static struct file_operations chrdevbase_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,	
	.open = chrdevbase_open,
	.read = chrdevbase_read,
	.write = chrdevbase_write,
	.release = chrdevbase_release,
};

/*
 * @description	: 驱动入口函数 
 * @param 		: 无
 * @return 		: 0 成功;其他 失败
 */
static int __init chrdevbase_init(void)
{
	int retvalue = 0;

	/* 注册字符设备驱动 */
	retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &chrdevbase_fops);
	if(retvalue < 0)
    {
		printk("[BSP] chrdevbase driver register failed\n");
	}
	printk("[BSP] chrdevbase init!\n");
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
	printk("[BSP] chrdevbase exit!\n");
}

/*将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数*/
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);
  • 最后的LIENSE与作者
/*LICENSE和作者信息*/
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai & xxpcb"); //本篇的程序代码在“正点原子”左大神提供的代码上进行修改

4.1.2 编写应用程序

这里把程序截取为3段分析,首先看开头

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

static char usrdata[] = {"usr data!"}; /*应用程序中的数据,用于测试通过驱动访问写入内核*/

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	char readbuf[100], writebuf[100];

	if(argc != 3)
    {
		printf("[APP] Error Usage!\n");
		return -1;
	}

    //参数1是驱动的文件名,用来指定驱动的位置
	filename = argv[1];

	//【1】打开驱动文件
	fd  = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0)
    {
		printf("[APP] Can't open file %s\n", filename);
		return -1;
	}
    printf("[APP] open file: '%s' success\n", filename);

主要是一些头文件和main函数入口,调用main函数时需要传入2个参数(实际是3个参数,函数名本身是默认的第0个参数,不需要手动指定),具体作用为:

  • 参数0:argv[0],函数名本身,这里不作用途
  • 参数1:argv[1],filename,这里不作用途
  • 参数2:argv[2],自定义的操作参数,下面函数会讲到,1为从驱动文件中读取,2为向驱动文件中写入数据

再来看具体操作:

    //【2】从驱动文件读取数据
	if(atoi(argv[2]) == 1)//参数1表示【读取】内核中的数据
    { 
		retvalue = read(fd, readbuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] read file '%s' failed!\n", filename);
		}
        else
        {
			/* 读取成功,打印出读取成功的数据 */
			printf("[APP] read data:%s\n",readbuf);
		}
	}
    //【3】向设备驱动写数据
	if(atoi(argv[2]) == 2)//参数2表示向内核中【写入】数据
    {
		memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
		retvalue = write(fd, writebuf, 50);
		if(retvalue < 0)
        {
			printf("[APP] write file %s failed!\n", filename);
		}
        else
        {
            printf("[APP] write data:'%s' to file ok\n", writebuf);
        }
	}

最后是关闭设备

	//【4】关闭设备
	retvalue = close(fd);
	if(retvalue < 0)
    {
		printf("[APP] Can't close file %s\n", filename);
		return -1;
	}
	printf("[APP] close file ok\r\n");

	return 0;
}

关闭即表示不再使用该设备了(若要再使用则重新打开即可),通过关闭驱动文件来实现字符设备驱动的关闭。

4.2 程序编译

4.2.1 编译驱动程序

编译驱动,即编译chrdevbase.c这个文件为.ko 模块,使用Makefile来编译,先创建Makefile:

KERNELDIR := /home/xxpcb/myTest/imx6ull/kernel/nxp_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrdevbase.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

各行含义:

  • KERNELDIR:开发板所使用的Linux内核源码目录
  • CURRENT_PATH:当前路径,通过运行“pwd”命令获取
  • obj-m:将 chrdevbase.c 这个文件编译为chrdevbase.ko模块
  • 具体的编译命令:后面的modules表示编译模块,-C 表示切换工作目录到KERNERLDIR目录,M表示模块源码目录

输入“make”命令即可编译,编译后会出现许多编译文件

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第4张图片

注:若直接make编译报如下错误,是因为kernel中没有指定编译器和架构,使用了默认的x86平台编译报错。

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第5张图片

修改Kernel工程的顶层Makefile,直接定义ARCH和CROSS_COMPILE 这两个的变量值为 arm 和 arm-linux-gnueabihf-

(内核篇的介绍见:i.MX6ULL嵌入式Linux开发3-Kernel移植)

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第6张图片

4.2.2 编译应用程序

编译应用程序不需要内核文件参与,只有一个文件就能编译,因此直接输入指令进行编译:

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

编译会生chrdevbaseApp,它是32位LSB格式的ARM版本可执行文件

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第7张图片

4.3 测试

上一篇文章(i.MX6ULL嵌入式Linux开发6-系统烧写到eMMC与遇到的坑!)已经实现了系统移植的打包烧录工作,系统已经烧录的EMMC中了。这次我们就直接在这个基础上进行实验。

4.3.1 创建驱动模块目录

加载驱动模块,使用的modprobe命令,会从特定的目录下寻找文件。比如开发板使用的是4.1.15版的Linux内核 ,则是“/lib/modules/4.1.15”这个目录,这个目录一般是没有的,需要根据Linux内核的版本自己创建。

注意这是开发板的文件系统中的路径,可以通过串口连接进入开发板,通过linux指令创建该目录。

4.3.2 发送文件到开发板(TFTP传输)

此次测试首先需要将ubuntu中编译的文件传输到板子中运行,怎么传输呢?可以使用TFTP传输服务。

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第8张图片

之前的文章(i.MX6ULL嵌入式Linux开发2-uboot移植实践)中已经介绍了如何在ubuntu中搭建TFTP服务器

搭建好TFTP服务后,开始传输文件到开发板具体的传输步骤为:

  • 开发板连接网线,与ubuntu虚拟机处于同一局域网内

  • 确保ubuntu已安装的TFTP服务,并设置了TFTP服务文件夹

  • 将ubuntu中编译好的文件复制到ubuntu的TFTP服务文件夹中!!!

    mv chrdevbaseApp ~/myTest/tftpboot/
    mv chrdevbase.ko ~/myTest/tftpboot/
    

    注:编译完程序,在传输到板子之前,一定要记得把文件先复制到TFTP文件夹中,否则板子获取到的可能是TFTP文件夹中的旧文件。

  • 开发板的串口中通过如下指令来将ubuntu中的文件传输到开发板中

    cd /lib/modules/4.1.15   /*确保在要下载文件的目录中,若已在,则忽略*/
    tftp -g -r chrdevbaseApp 192.168.5.101 /*获取chrdevbaseApp文件*/
    tftp -g -r chrdevbase.ko 192.168.5.101 /*获取chrdevbase.ko文件*/
    

    这里的-g代表get,即下载文件,-r代表remote file,即远程主机的文件名,然后是要下载的文件名,最后的远程主机ubuntu的IP地址

    输入该指令后,可以看到文件传输进度,如下图:

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第9张图片

4.3.3 开始测试

驱动文件chrdevbase.ko和应用文件chrdevbaseApp传输到板子中的/lib/modules/4.1.15目录后,就可以测试了。

首先使用insmod命令来加载驱动,然后使用lsmod查看当前的驱动(只有一个我们刚加载的字符驱动),再使用使用cat指令查看devices 信息,确认系统中是否已经列举了该设备,3条指令如下:

insmod chrdevbase.ko 
lsmod
cat /proc/devices 

具体是输出信息:

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第10张图片

可以看出,系统中存在chrdevbase设备,主设备号为程序中设定的200。

驱动加载后,还要在/dev目录下创建一个对应的设备节点文件(应用程序就是通过该节点文件实现对设备的操作)。

输入如下2条命令创建/dev/chrdevbase这个设备节点文件,并查看结果:

mknod /dev/chrdevbase c 200 0 
ls /dev/chrdevbase -l

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第11张图片

至此,字符设备驱动已经加载完成,可以测试我们的应用程序了,也就是

按照上面程序的设定,1是读,2是写:

./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 1  
./chrdevbaseApp /dev/chrdevbase 2
  • 先来看“读测试”,注意要给chrdevbaseApp可执行的权限,否则无法运行。

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第12张图片

图中下部是程序输出信息,但似乎只有BSP驱动程序的的输出,没有APP应用程序的输出,应该是内核打印printk与应用的打印printf冲突了,导致APP的打印被挤掉了。

  • 再来看“写测试’’,同样也是只有BSP的打印

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第13张图片

4.3.4 打印冲突问题规避

对于打印冲突问题,我们可以先在每个printf前后加个sleep(1)的1秒延时,这样可以先避免打印冲突。

增加延时后再次测试,打印正常:

【i.MX6ULL】驱动开发1——字符设备开发模板_第14张图片

测试完,最后是rmmod命令卸载模块:

5 总结

本篇介绍了嵌入式Linux驱动开发中的基础驱动——字符驱动开发的基本模式,使用了一个虚拟的字符设备驱动进行测试,了解驱动程序与应用程序之间的调用关系。

你可能感兴趣的