嵌入式Linux中的LED驱动控制（基于misc）
在开发驱动程序的时候，有时希望快速地实现其业务功能，以把精力放在文件接口功能的测试上来。这样，对于常见的一些繁琐而又不能省略的步骤（如设备号的申请、字符设备的注册、设备节点文件的创建等），就希望能尽量地简化。这时，就可以借用Linux内核提供的misc（杂项）来实现。
这里仍然使用“嵌入式Linux中的LED驱动控制”一文中的例子，实现三个LED的驱动，但改成使用misc来实现，其驱动程序代码如下，文件名为led.c。
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/io.h> #include <linux/miscdevice.h> //以下定义总线及寄存器的物理地址 #define AHB4_PERIPH_BASE (0x50000000) #define RCC_BASE (AHB4_PERIPH_BASE + 0x0000) #define RCC_MP_GPIOENA (RCC_BASE + 0xA28) #define GPIOA_BASE (AHB4_PERIPH_BASE + 0x2000) #define GPIOA_MODER (GPIOA_BASE + 0x0000) #define GPIOA_OTYPER (GPIOA_BASE + 0x0004) #define GPIOA_OSPEEDR (GPIOA_BASE + 0x0008) #define GPIOA_PUPDR (GPIOA_BASE + 0x000C) #define GPIOA_IDR (GPIOA_BASE + 0x0010) #define GPIOA_ODR (GPIOA_BASE + 0x0014) #define GPIOA_BSRR (GPIOA_BASE + 0x0018) #define GPIOG_BASE (AHB4_PERIPH_BASE + 0x8000) #define GPIOG_MODER (GPIOG_BASE + 0x0000) #define GPIOG_OTYPER (GPIOG_BASE + 0x0004) #define GPIOG_OSPEEDR (GPIOG_BASE + 0x0008) #define GPIOG_PUPDR (GPIOG_BASE + 0x000C) #define GPIOG_ODR (GPIOG_BASE + 0x0014) #define GPIOG_BSRR (GPIOG_BASE + 0x0018) #define GPIOB_BASE (AHB4_PERIPH_BASE + 0x3000) #define GPIOB_MODER (GPIOB_BASE + 0x0000) #define GPIOB_OTYPER (GPIOB_BASE + 0x0004) #define GPIOB_OSPEEDR (GPIOB_BASE + 0x0008) #define GPIOB_PUPDR (GPIOB_BASE + 0x000C) #define GPIOB_ODR (GPIOB_BASE + 0x0014) #define GPIOB_BSRR (GPIOB_BASE + 0x0018) //以下定义时钟控制寄存器名称 static void __iomem *RCC_MP_AHB4ENSETR; static void __iomem *GPIO_MODER_PA; static void __iomem *GPIO_OTYPER_PA; static void __iomem *GPIO_OSPEEDR_PA; static void __iomem *GPIO_PUPDR_PA; static void __iomem *GPIO_ODR_PA; static void __iomem *GPIO_BSRR_PA; static void __iomem *GPIO_MODER_PB; static void __iomem *GPIO_OTYPER_PB; static void __iomem *GPIO_OSPEEDR_PB; static void __iomem *GPIO_PUPDR_PB; static void __iomem *GPIO_ODR_PB; static void __iomem *GPIO_BSRR_PB; static void __iomem *GPIO_MODER_PG; static void __iomem *GPIO_OTYPER_PG; static void __iomem *GPIO_OSPEEDR_PG; static void __iomem *GPIO_PUPDR_PG; static void __iomem *GPIO_ODR_PG; static void __iomem *GPIO_BSRR_PG; //实现open函数，为file_oprations结构体成员函数 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) { unsigned int tmp; //以下使能GPIOA、GPIOB、GPIOG端口时钟 tmp = ioread32(RCC_MP_AHB4ENSETR); tmp |= (0x1 << 6) | (0x1 << 1) | (0x1 << 0); iowrite32(tmp, RCC_MP_AHB4ENSETR); return 0; } //实现write函数，为file_oprations结构体成员函数 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { unsigned char value; unsigned long n; n = copy_from_user(&value, buf, cnt); //从应用空间获取值 switch(value) //根据应用空间的值判断具体操作 { case 0: //全部点亮三个LED iowrite32(0x20000000, GPIO_BSRR_PA); iowrite32(0x200000, GPIO_BSRR_PB); iowrite32(0x40000, GPIO_BSRR_PG); break; case 1: //点亮红色LED iowrite32(0x20000000, GPIO_BSRR_PA); break; case 2: //点亮绿色LED iowrite32(0x40000, GPIO_BSRR_PG); break; case 3: //点亮蓝色LED iowrite32(0x200000, GPIO_BSRR_PB); break; case 4: //熄灭红色LED iowrite32(0x2000, GPIO_BSRR_PA); break; case 5: //熄灭绿色LED iowrite32(0x04, GPIO_BSRR_PG); break; case 6: //熄灭蓝色LED iowrite32(0x20, GPIO_BSRR_PB); break; case 7: //全部熄灭三个LED iowrite32(0x2000, GPIO_BSRR_PA); iowrite32(0x20, GPIO_BSRR_PB); iowrite32(0x04, GPIO_BSRR_PG); break; default: //全部熄灭 iowrite32(0x2000, GPIO_BSRR_PA); iowrite32(0x20, GPIO_BSRR_PB); iowrite32(0x04, GPIO_BSRR_PG); break; } return cnt; } //实现release函数，为file_oprations结构体函数 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) { unsigned int tmp; //以下禁能GPIOA、GPIOB、GPIOG端口时钟 tmp = ioread32(RCC_MP_AHB4ENSETR); tmp &= ~0x43; iowrite32(tmp, RCC_MP_AHB4ENSETR); return 0; } //填充一个file_oprations类型的结构体，名为led_dev_fops，包含上述申明的成员函数 static struct file_operations led_dev_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_open, //指定open函数成员 .write = led_write, //指定write函数成员 .release = led_release, //指定release函数成员 }; //填充一个miscdevice类型的结构体，名为led static struct miscdevice led = { .minor = 0, //定义次设备号 .name = "led", //定义设备节点名称 .fops = &led_dev_fops, //指定file_oprations接口 }; //初始化函数，此处为驱动模块的入口函数 static int __init led_init(void) { unsigned int tmp; //以下实现各个寄存器的地址映射 RCC_MP_AHB4ENSETR = ioremap(RCC_MP_GPIOENA, 4); GPIO_MODER_PA = ioremap(GPIOA_MODER, 4); GPIO_OTYPER_PA = ioremap(GPIOA_OTYPER, 4); GPIO_OSPEEDR_PA = ioremap(GPIOA_OSPEEDR, 4); GPIO_PUPDR_PA = ioremap(GPIOA_PUPDR, 4); GPIO_ODR_PA = ioremap(GPIOA_ODR, 4); GPIO_BSRR_PA = ioremap(GPIOA_BSRR, 4); GPIO_MODER_PB = ioremap(GPIOB_MODER, 4); GPIO_OTYPER_PB = ioremap(GPIOB_OTYPER, 4); GPIO_OSPEEDR_PB = ioremap(GPIOB_OSPEEDR, 4); GPIO_PUPDR_PB = ioremap(GPIOB_PUPDR, 4); GPIO_ODR_PB = ioremap(GPIOB_ODR, 4); GPIO_BSRR_PB = ioremap(GPIOB_BSRR, 4); GPIO_MODER_PG = ioremap(GPIOG_MODER, 4); GPIO_OTYPER_PG = ioremap(GPIOG_OTYPER, 4); GPIO_OSPEEDR_PG = ioremap(GPIOG_OSPEEDR, 4); GPIO_PUPDR_PG = ioremap(GPIOG_PUPDR, 4); GPIO_ODR_PG = ioremap(GPIOG_ODR, 4); GPIO_BSRR_PG = ioremap(GPIOG_BSRR, 4); //以下使能GPIOA、GPIOB、GPIOG端口时钟 tmp = ioread32(RCC_MP_AHB4ENSETR); tmp |= (0x1 << 6) | (0x1 << 1) | (0x1 << 0); iowrite32(tmp, RCC_MP_AHB4ENSETR); //以下把GPIOA、GPIOB、GPIOG端口配置为输出、上位模式 tmp = ioread32(GPIO_MODER_PA); tmp &= ~(0x3 << 26); tmp |= (0x1 << 26); iowrite32(tmp, GPIO_MODER_PA); tmp = ioread32(GPIO_MODER_PB); tmp &= ~(0x3 << 10); tmp |= (0x1 << 10); iowrite32(tmp, GPIO_MODER_PB); tmp = ioread32(GPIO_MODER_PG); tmp &= ~(0x3 << 4); tmp |= (0x1 << 4); iowrite32(tmp, GPIO_MODER_PG); tmp = ioread32(GPIO_PUPDR_PA); tmp &= ~(0x3 << 26); tmp |= (0x1 << 26); iowrite32(tmp, GPIO_PUPDR_PA); tmp = ioread32(GPIO_PUPDR_PB); tmp &= ~(0x3 << 10); tmp |= (0x1 << 10); iowrite32(tmp, GPIO_PUPDR_PB); tmp = ioread32(GPIO_PUPDR_PG); tmp &= ~(0x3 << 4); tmp |= (0x1 << 4); iowrite32(tmp, GPIO_PUPDR_PG); //以下设定GPIOA、GPIOB、GPIOG端口初始值 iowrite32(0x2000, GPIO_BSRR_PA); iowrite32(0x20, GPIO_BSRR_PB); iowrite32(0x04, GPIO_BSRR_PG); //以下禁能GPIOA、GPIOB、GPIOG端口时钟 tmp = ioread32(RCC_MP_AHB4ENSETR); tmp &= ~0x43; iowrite32(tmp, RCC_MP_AHB4ENSETR); //注册misc设备 tmp = misc_register(&led); return tmp; } //退出函数，此处为驱动模块的出口函数 static void __exit led_exit(void) { //以下实现各个寄存器的解除映射 iounmap(RCC_MP_AHB4ENSETR); iounmap(GPIO_MODER_PA); iounmap(GPIO_OTYPER_PA); iounmap(GPIO_OSPEEDR_PA); iounmap(GPIO_PUPDR_PA); iounmap(GPIO_ODR_PA); iounmap(GPIO_BSRR_PA); iounmap(GPIO_MODER_PB); iounmap(GPIO_OTYPER_PB); iounmap(GPIO_OSPEEDR_PB); iounmap(GPIO_PUPDR_PB); iounmap(GPIO_ODR_PB); iounmap(GPIO_BSRR_PB); iounmap(GPIO_MODER_PG); iounmap(GPIO_OTYPER_PG); iounmap(GPIO_OSPEEDR_PG); iounmap(GPIO_PUPDR_PG); iounmap(GPIO_ODR_PG); iounmap(GPIO_BSRR_PG); //销毁misc设备 misc_deregister(&led); } module_init(led_init); //模块入口申明 module_exit(led_exit); //模块出口申明 MODULE_LICENSE("GPL"); //GPL协议申明
配套的Makefile文件内容如下。
KERNEL_DIR=/opt/ebf_linux_kernel_mp157_depth1/build_image/build ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- export ARCH CROSS_COMPILE obj-m := led.o all: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) modules clean: $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) clean
Makefile文件中的第一行指定了开发板的内核源代码位置，若放到了其他路径可自行修改。另外，该内容在复制粘贴后，需要修改命令两行（倒数第1、3行）前面的空余部分，修改为Tab键开头。
以下是测试用的应用程序代码，文件名为app.c。
#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd; unsigned char val = 0; fd = open("/dev/led", O_RDWR); //打开设备节点 if( fd < 0 ) printf("can`t open\n"); if( argc != 3 ) //命令参数不对时提示 { printf("Usage :\n"); printf("%s <all|red|green|blue> <on|off>\n", argv[0]); return 0; } if(strcmp(argv[1], "all") == 0) { if(strcmp(argv[2], "on") == 0) val = 0; //值为0时全部点亮 else val = 7; //值为7时全部熄灭 } else if(strcmp(argv[1], "red") == 0) { if(strcmp(argv[2], "on") == 0) val = 1; //值为1时红色点亮 else val = 4; //值为4时红色熄灭 } else if(strcmp(argv[1], "green") == 0) { if(strcmp(argv[2], "on") == 0) val = 2; //值为2时绿色点亮 else val = 5; //值为5时绿色熄灭 } else if(strcmp(argv[1], "blue") == 0) { if(strcmp(argv[2], "on") == 0) val = 3; //值为3时蓝色点亮 else val = 6; //值为6时蓝色熄灭 } write(fd, &val, 1); //把值写入设备节点 close(fd); //关闭设备节点 return 0; }
执行make命令编译驱动程序，成功后会生成名为led.ko的驱动模块文件。再对应用程序进行交叉编译，执行“arm-linux-gnueabihf-gcc app.c -o app”即可。实验结果与“嵌入式Linux中的LED驱动控制”一文中的完全一样，这里就不给出了。
把上面的驱动代码和“嵌入式Linux中的LED驱动控制”一文中的代码进行比较可以看出，本例的代码省略了动态申请设备号、定义字符结构体cdev、建立类、创建设备节点文件等部分，只关注了具体的控制过程。为何这些内容可以被精简？其时并没有减，而是在Linux内核中，本来就有一个名为misc的设备（杂项设备），其主设备号固定为10（可通过cat /proc/devices查看）。本例代码其实就是“借用”了这个设备名和主设备号，所以就不用再申请和注册了。misc设备有一个自己的结构体名为struct miscdevice，在它内部可通过minor成员指定次设备号（主设备号已固定为10），通过name成员指定设备节点文件的名称（设备名称已固定为misc），通过fops成员指定file_oprations结构体。一般只需要指定这三个成员变量就可以了，文件操作的接口仍然通过file_oprations结构体来指定。在驱动模块的入口函数中，在进行寄存器映射和配置之后，调用了misc_register函数，对前面定义的miscdevice结构体（misc设备）进行注册。在出口函数中，在解除寄存器映射之后，调用了misc_deregister函数，对注册的设备进行销毁。
本例代码中使用的应用程序和“嵌入式Linux中的LED驱动控制”一文中的完全一样，因为驱动的设备节点文件没变，对于驱动操作的接口（file_oprations）也没变，所以可以延用该应用程序。
可见，通过misc杂项设备的应用，可让驱动开发者专注于具体功能的实现，而忽略一些形式化的东西。当然，在开发测试完成后，最好还是回到通用的方法上来，这样比较规范和保险。
