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[系统运维]LED驱动程序第一课

1、LED驱动程序是怎么被调用的

首先我们来看看应用程序怎么去操作一个led灯:

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd,status;//文件句柄和led灯状态
	fd = open("/dev/myled", O_RDWR);//打开led设备节点(初始化led)
	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open /dev/myled");
		return -1;
	}
	status=1;//led亮
	write(fd, &status, 1);//写led设备节点(点亮led)
	return 0;	
}

点亮一个led灯大致是以上的过程,当然前提是已经注册了led驱动程序并生成设备节点myled,后面会提到怎么生成这个设备节点。那么问题来了,这个和驱动程序有什么关系呢?且看下面分析:
我们说led的open函数,就相当于是对led进行初始化的函数。为什么这么说呢?当led应用程序执行open函数时,会导致异常(软件中断)进入内核,从而调用内核函数sys_open,而sys_open函数会找到led灯对应的file_operations结构体,进而调用结构体成员open指向的led_open函数,从而实现对led灯的初始化。
在这里插入图片描述

2、怎么写一个LED驱动程序

看到这里你可能会有疑问,怎么写一个驱动程序呢?
我们写led驱动程序的目的是什么——让应用程序可以点亮led灯。这是我们的led驱动程序使命。那么首先我们需要做的就是对led灯进行初始化,我们需要让应用程序调用open函数时,能找到我们自己实现的led_open函数。
如何找到?我们回顾一下应用程序中的open函数:

fd = open("/dev/myled", O_RDWR);//打开led设备节点(初始化led)

①这里open的参数有一个是myled设备节点。这就意味着我们需要创建一个led设备节点
②如何创建设备节点?我们使用class_create、device_create函数来实现自动创建设备节点。device_create函数有一个参数是MKDEV(major, minor),(其中major为主设备号,minor为次设备号,次设备号暂时不用管)。
③主设备号从哪里来?这就回归到我们一开始说的file_operations结构体了。当我们使用register_chrdev函数向内核注册led_fops(led_fops是我们定义的file_operations结构体变量)时,会返回一个主设备号

static int __init led_init(void)
{
	......
	major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_fops);
	led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myled"); /* /dev/myled */
	......
}

④既然需要向内核注册led_fops,那么led_fops总不能是空的吧?我们来看一个例子:

//构建一个file_operations结构体变量led_fops
static struct file_operations led_fops = {
	......
	.open		= led_open,
	......
};

//实现led_open函数,初始化led灯
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	......
	//以上实现寄存器配置(需要使用ioremap函数对物理地址进行重映射)
	return 0;
}

⑤led_fops的成员open指向led_open函数,该函数实现对led灯相关寄存器的配置,实现对led灯的初始化。led_open的具体实现可以参考韦东山老师的程序,这里不再赘述。
以上①-⑤的过程,就完成了从应用程序的open到驱动程序的led_open的整个过程。类似的,应用程序的write、read函数等,也是类似的过程。
接下来就整理一下驱动程序的大致组成吧:
入口函数:led_init,在加载驱动程序时调用,实现字符设备的注册(即向内核注册file_operations结构体)以及设备节点的创建;
出口函数:led_exit,与入口函数对应;
(入口函数和出口函数需要使用下面的宏进行声明,在驱动程序单独编译成模块和驱动程序编译进内核两种情况下,该宏函数可体现出作用,具体可查阅相关资料学习)
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
file_operations结构体及其成员所指向的函数的实现,我们在驱动程序中,定义file_operations结构体变量led_fops,并实现led_open,led_write等函数。

3、总结

换个角度,从驱动程序的led_open往上追溯至应用程序的open:
①驱动程序中,实现led_open函数,在该函数中配置led相关寄存器。led_open实现之后呢?把它给到file_operations结构体变量led_fops对应的成员open;
②file_operations结构体变量有了,那就注册进内核,能得到一个主设备号;
③主设备号有了,那就创建一个设备节点;
④设备节点有了,那应用程序就可以使用open去打开它。

注:
参考《嵌入式linux应用开发完全手册4.0》
参考韦东山老师的其他相关材料

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