2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计
2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计
一、学习笔记:
本章内容:
- Linux设备驱动的基本概念
- Linux设备驱动程序的基本功能
- linux设备驱动的运作过程
- 常见设备驱动接口函数
- 掌握LCD设备驱动程序编写步骤
- 掌握键盘设备驱动程序编写步骤
课下笔记:
学习笔记中得到问题与解决
什么是Linux内核?
- 内核是我们通常所说的“Linux技术奇迹”的最重要特征
- 内核既是操作系统的心脏,也是它的大脑,因为内核控制着基本的硬件。内核是操作系统的核心,具有很多最基本功能,如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享的写时拷贝(copy-on-write)可执行程序和TCP/IP网络功能
- Linux内核本身并不是操作系统,它是一个完整操作系统的组成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux发行商都采用Linux内核,然后加入更多的工具、库和应用程序来构建一个完整的操作系统
register_chrdev()为什么逐渐被淘汰?有什么缺点?
- register_chrdev()分为静态注册和动态注册,而新型的注册将静态注册和动态注册分为两个个体,解决了前者产生资源浪费的问题
设备驱动简介
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设备驱动程序是内核的一部分。
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OS通过各种驱动程序来操作硬件设备,设备驱动程序是内核的一部分,硬件驱动程序是OS最基本的组成部分。
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Linux将最基本的核心代码编译在内核当中,其他代码编译到内核或者内核的模块文件,需要时再加载。常见的内核模块驱动程序比如声卡和网卡,linux基础驱动包括CPU,PCI总线,TCP/IP协议,APM(高级电源管理)等。
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加载驱动就是加载内核模块。
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lsmod列出当前系统中加载的模块
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设备驱动程序与外界的接口
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设备驱动程序必须为内核或者其子系统提供一个标准接口。
设备驱动编程
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设备驱动程序以模块的方式动态加载到内核中。在驱动开发时没有main()函数,模块在调用insmod命令时被加载,在该函数中完成设备的注册。调用rmmod命令时被卸载。设备完成注册加载后,用户的应用程序可以对该设备进行一定的操作,如open()、read()、write()等。
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字符设备的注册
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在内核中使用struct cdev结构来描述字符设备,我们在驱动设备中将已分配到的设备号以及设备操作接口(struct file_operations结构)赋予struct cdev结构变量。
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使用cdev_alloc()函数向系统申请分配struct cdev结构,再用cdev_init()函数初始化已分配到的结构与file_operations结构关联。
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调用cdev_add()函数将设备号与struct cdev结构进行关联并向内核正式报告新设备的注册,新设备可以使用了。
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设备驱动结构函数
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打开设备的函数接口open()
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释放设备的函数接口realease()
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读写设备read() write()函数
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具体实验操作:
1. 先给脚本文件增加可执行权限:
chmod +x ./test_drv_load
2. 再以管理员身份运行加载脚本:
sudo ./test_drv_load
3. 加载成功
4. 编译运行
test.c
5. 编译:
gcc -o test test.c
6. 运行
:./test
7. 根据提示输入学号信息
8. 卸载模块
- 先给脚本文件增加可执行权限:
chmod +x ./test_drv_unload
- 再以管理员身份运行加载脚本:
sudo ./test_drv_unload
实验过程中遇到的问题
问题一:自己的虚拟机上不能编译运行代码。
- 解决:发现是自己的虚拟机内核与实验所需的不同,用实验一用到的老师的虚拟机,可以运行。
问题二:遇到missing separator stop的错误。
- 解决:把行首的空格改为了tab。
问题三:运行load脚本出现错误insmod: error inserting './test_drv.ko': -1 File exists
- 这个原因一般是因为,运行过
./test_drv_load(没加sudo)
,但是失败了,但是运行到了加载驱动的模块的语句,驱动已经加载,所以再次运行加载模块会提示该错。
根据书第十一章最后关于字符设备的test实验中代码,将test_drv.c,test.c,Makefile,test_drv_load,test_drv_unload文件敲入,保存在文件夹内。[注]:敲入书中代码时要多检查,避免错误。
这是test_drv.c的源代码:
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev"
#define BUFF_SZ 1024
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;
/*º¯ÊýÉùÃ÷*/
static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos);
static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer, size_t count,loff_t *f_pos);
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file);
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file);
static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
int len;
if (count < 0 )
{
return -EINVAL;
}
len = strlen(data);
count = (len > count)?count:len;
if (copy_to_user(buf, data, count))
{
return -EFAULT;
}
return count;
}
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos)
{
if(count < 0)
{
return -EINVAL;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
if (copy_from_user(data, buffer, count))
{
return -EFAULT;
}
return count;
}
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("This is open operation\n");
data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
if (!data)
{
return -ENOMEM;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
return 0;
}
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
printk("This is release operation\n");
if (data)
{
kfree(data);
data = NULL;
}
return 0;
}
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,
struct file_operations *fops)
{
int err, devno = MKDEV(major, minor);
cdev_init(dev, fops);
dev->owner = THIS_MODULE;
dev->ops = fops;
err = cdev_add (dev, devno, 1);
if (err)
{
printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
}
}
static struct file_operations test_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.read = test_read,
.write = test_write,
.open = test_open,
.release = test_release,
};
int init_module(void)
{
int result;
dev_t dev = MKDEV(major, 0);
if (major)
{
result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
}
else
{
result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
major = MAJOR(dev);
}
if (result < 0)
{
printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
return result;
}
test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
printk("The major of the test device is %d\n", major);
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
cdev_del(&test_dev);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
printk("Test device uninstalled\n");
}
test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev"
#define BUFF_SZ 1024
int main()
{
int fd, nwrite, nread;
char buff[BUFF_SZ];
fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("open");
exit(1);
}
do
{
printf("Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):");
memset(buff, 0, BUFF_SZ);
if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
{
perror("fgets");
break;
}
buff[strlen(buff) - 1] = '\0';
if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0)
{
perror("write");
break;
}
if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)
{
perror("read");
break;
}
else
{
printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
}
} while(strncmp(buff, "quit", 4));
close(fd);
exit(0);
}
Makefile:
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
obj-m := test_drv.o
endif
test_drv_load脚本内容如下:
#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
mode="664"
group="david"
# remove stale nodes
rm -f /dev/${device}
# invoke insmod with all arguments we got
# and use a pathname, as newer modutils don't look in . by default
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
mknod /dev/${device} c $major 0
# give appropriate group/permissions
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}
test_drv_unload脚本内容:
#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
# invoke rmmod with all arguments we got
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# remove nodes
rm -f /dev/${device}
exit 0
实验体会与总结:
- 本周学习了嵌入式Linux应用程序开发,来做这个实验。
- 嵌入式系统属于:用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置,是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
- Linux基础部分从Linux的安装过程、基本操作命令学起,通过了解嵌入式Linux的环境搭建,以及嵌入式Linux的I/O与文件系统的开发、进程控制开发、进程间通信开发和实践,让我对嵌入式这个词有了更为深入的了解
- 虽然一些实验具体的步骤只是照猫画虎,但是我还是对嵌入式系统有了一定的思路。这次实验使用康奈尔笔记,与之前只是看从不动笔做比较,让我学习的条理性有了很大的提升。而老师发的那张纸中左边是重点部分,右边是笔记部分让我更有条理性,更好的把握住了重点。让我的学习效率有了显著的提升。-