ZedBoard学习手记（五）为自定义外设编写Linux驱动 北京气温, 单片机, 工程师, 新项目, 操作系统

pengpengpang

写完上一篇博客后，部门开了新项目，虽然只是开始，但是兔子也不敢懈怠，加之北京气温骤降，又刮起大风，可能是天冷的原因吧，胃又不太舒服了，白天忙完了晚上回来就顿觉十分疲惫，因而这篇手记一直拖到现在才动笔。经过前面的工作，现在终于可以开始为自定义外设编写驱动了。首先声明兔子不是搞软件的，而是个硬件工程师，有时候也肩负起逻辑的工作，因而做的有问题的地方还需要童鞋们指出，共同进步啊。其实Linux驱动程序与一般的单片机C程序差别不大，只是在调用硬件设备的同时，实现了一个与操作系统的标准接口，只要完成了驱动部分，上层软件就能通过Linux系统的标准接口来访问设备，而不用关心寄存器等具体的硬件问题。不过为了让不熟悉驱动和软件的同学不至于一头雾水，就稍稍做些普及工作吧。下面是一个简单的驱动模块：#include#includeMODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");static int hello_init(void){     printk("Module init complete!\n");     return 0;}static void hello_exit(void){     printk("Module exit!\n");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit); MODULE_AUTHOR("Nightmare@EEFOCUS");MODULE_DESCRIPTION("HelloWorldDriver");MODULE_ALIAS("It's only a test"); 它为我们展现了驱动程序模块最基本的封装形式，init函数会在加载模块时执行，exit函数则在模块卸载时运行，在ZedBoard板上加载这个驱动，相应的字符串信息会通过串口打印出来。之前我们已经提到了，对自定义外设的访问实际就是操作特定的物理地址空间，但Linux系统直接操作物理空间缺乏可移植性也不安全，因此需要对这个物理地址空间映射到虚拟地址空间（具体应该是通过MMU实现的吧，留作疑问），转变成系统能够直接访问的空间。映射是通过ioremap实现的，这个函数定义在Linux内核的asm/io.h文件中。对设备进行映射的操作方法大体如下：static void __iomem *GPIO_Regs;GPIO_Regs = ioremap(MY_GPIO_PHY_ADDR,MY_GPIO_REG_NUM);printk("my_gpio: Access address to device is:0x%x\n", (unsignedint)GPIO_Regs); GPIO_Regs指针指向映射后的空间，通过ioremap函数，为I/O地址为MY_GPIO_PHY_ADDR的设备分配了MY_GPIO_REG_NUM大小的空间。映射后的虚拟地址将通过内核打印出来。当有了可以直接操作的地址后，通过iowrite32和ioread32就可以简单便捷地实现写入和读取数据的操作。int val;val = ioread32(GPIO_Regs);printk("my_gpio: Read 0x%x from switches, writing to LED...", val);  iowrite32(val, GPIO_Regs+4);printk("OK!\n");执行上述代码，GPIO_Regs开头地址处的32位数据——自定义外设寄存器0，也就是Switch状态——会被读取，并写入到偏移4字节（32位）之后的地址中，即自定义外设的寄存器1，控制LED的状态。将这段代码加入到上面提到的init函数中，当驱动模块加载后，8个开关的电平状态会被读取，并在LED的8个管脚上输出，使LED亮灭与Switch开关保持一致。这就是通过对静态I/O地址（MY_GPIO_PHY_ADDR就是我们在前几篇中设置的my_gpio外设地址0x75c80000）映射的方式，让Linux系统有能力访问设备。那么Device Tree又是做什么用的呢，我曾就这个问题在网上询问一位国外的工程师，现将他的回答摘录如下：The standard way is to add an entry for your peripheral in Linux’ device tree, and have the driver fetch the physical address from there. But for a on-off project, hardcoding the physical address of the peripheral in the driver is fairly acceptable.事实上，在MicroBlaze中，就可以通过of_platform实现读取DeviceTree的compatible信息，来匹配设备和驱动：static struct of_device_id my_gpio_of_match[] __devinitdata = { { .compatible = "xlnx, my_gpio-1.00.a", }, {}}; 只是兔子还没在Zynq平台上成功实现过，而项目的时间又那么紧，于是就采取了“acceptable”的方法了，哈哈。有兴趣的童鞋可以继续深究。当然，只实现对设备的访问还是不够的，这样的驱动，只有在加载或卸载时会执行一些操作，而无法被Linux下的应用程序访问。因此，我们还要完成一个对上层的接口，这需要利用Linux的文件系统。下面的两个结构体正是实现了这样的功能：static const struct file_operations my_gpio_fops ={     .owner = THIS_MODULE,     .open = my_gpio_open,     .release = my_gpio_release,     .read = my_gpio_read,     .unlocked_ioctl = my_gpio_ioctl,}; static struct miscdevice my_gpio_dev ={     .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,     .name = DEVICE_NAME,     .fops = &my_gpio_fops,}; 兔子在这里定义了一个MISC型的设备，并为之建立了open、release、read和ioctl的方法，open和release是打开和释放设备的操作，这里并无实际功能。static int my_gpio_open(struct inode * inode , struct file * filp){  return 0;} static int my_gpio_release(struct inode * inode, struct file *filp){  return 0;} ioctl就是写寄存器操作的封装函数了，使用的方法依旧是iowrite32，其中reg_num代表寄存器编号，arg是要写入的32位值。static int my_gpio_ioctl(struct file *filp, unsigned int reg_num,unsigned long arg){  if(reg_num>=0 && reg_num  {    iowrite32(arg, GPIO_Regs+reg_num*4);    printk("my_gpio: Write 0x%x to 0x%x!\n", arg, GPIO_Regs+reg_num*4);  }  else  {    printk("my_gpio:[ERROR] Wrong register number!\n");    return -EINVAL;  }   return 0;} read方法则可以将读取到的数据传递给上层，由于其返回值为char型，因此要分几次读取（当然使用ioread32再拆分也可以啦）。static int my_gpio_read(struct file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t * offset){  int bytes_read = 0;  int i=0;   if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)            return -EAGAIN;      if (length>0 && length<=(MY_GPIO_REG_NUM*4))  {    for(i=0;i    {      *(buffer+i)=(char)ioread8(GPIO_Regs+i);    }    bytes_read=i;  }  return bytes_read;} 再使用misc_register函数对设备进行注册：int ret;ret = misc_register(&my_gpio_dev); 设备注册后，会在dev目录下生成一个以DEVICE_NAME值命名的文件（兔子这里是“my_gpio_dev”）。操作这个文件，就相当于操作我们的设备了，具体使用的也就是文件操作的open、close、read等函数。驱动写完后，还需要进行编译，兔子写了一个简单的Makefile文件，用于生成可被系统加载的.ko文件,在源文件和Makefile的目录下输入 make 指令即可。KERN_SRC指的则是linux内核的路径。Makefile内容如下：# Cross compiler makefile for my_gpio# By Nightmare @ EEFOCUS 2012-10-10KERN_SRC=/arm/zed/linux-3.3-digilentobj-m := my_gpio.o all:     make -C $(KERN_SRC) ARCH=arm M=`pwd` modulesclean:     make -C $(KERN_SRC) ARCH=arm M=`pwd=` clean 下面是完整的驱动代码、Makefile文件和生成的.ko模块文件： My_GPIO_Driver.rar   将编译好的驱动文件通过U盘加载到ZedBoard中：mount /dev/sda2 /mntinsmod /mnt/my_gpio.ko 卸载驱动的指令为rmmod：rmmod my_gpio 加载设备时，LED会根据Switch的状态来实现亮灭。怎么样，Linux下的自定义外设驱动其实挺简单吧。上效果图：
来源：电子懒兔的博客