Linux驱动开发：一个实践案例.

1.介绍

Linux操作系统已成为现代计算机体系结构的主要操作系统之一，是许多嵌入式系统的首选操作系统，其内核具有高可扩展性，可定制性和高性能，Linux内核提供了广泛的API，使其易于开发各种类型的设备驱动程序。本文将介绍Linux内核模块开发的基本概念和方法，并以一个简单的LEd设备为例说明如何实现Linux内核模块驱动程序。

2.内核模块

2.1 内核模块的定义

内核模块是一种能够在运行时添加到内核中的代码或二进制文件。这种方式使得开发人员可以在不重启系统或重新编译内核的情况下添加功能或优化系统性能。在Linux系统中，内核模块通过模块机制实现，模块机制允许内核模块在必要时添加或删除内核代码，从而能够动态地修改内核行为。

2.2 内核模块的组成部分

内核模块主要由如下部分组成：

模块头文件：包含了模块的元数据信息，如模块的名称，作者，描述等。

入口函数：内核加载模块时会调用入口函数，入口函数中注册了模块的特定功能或属性。例如，初始化设备，注册设备驱动程序等。

出口函数：当内核卸载模块时，会调用出口函数将模块从内核中移除，并释放任何相关资源。

3.实现LED设备驱动程序

3.1 设计

在本例中，我们将设计一个LED设备驱动程序，这个驱动程序会通过GPIO引脚点亮或关闭一个LED。我们的设备将被命名为“myled”，用户空间将使用sysfs接口来与设备通信，并提供一个名为“brightness”的属性来控制LED的亮度。为简化起见，我们将使用GPIO1_IO05引脚作为GPIO输出引脚连接到LED，用于控制LED的开关状态。

3.2 实现

代码中使用了数个宏定义，首先是为设备分配主设备号。如果设备在模块加载时还不存在，则需要动态分配一个主设备号。

//定义主设备号
#define MYLED_MAJOR 70
#define MYLED_NAME "myled"
static dev_t dev_num;
//分配主设备号
static void myled_setup_cdev(struct myled_dev *dev, int index)
{
        int err, devno = MKDEV(MYLED_MAJOR, index);
        cdev_init(&dev->cdev, &myled_fops);
        dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
        dev->cdev.ops = &myled_fops;
        err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);
        if (err)
                printk(KERN_NOTICE "Error %d adding led%d", err, index);
}
static int __init myled_init(void)
{
        int err;
        dev_num = MKDEV(MYLED_MAJOR, 0);
        err = register_chrdev_region(dev_num, 1, MYLED_NAME);
        if (err < 0) {
                printk(KERN_WARNING "myled: can't get major %d\n", MYLED_MAJOR);
                return err;
        }
        myled_devp = kmalloc(sizeof(struct myled_dev), GFP_KERNEL);
        if (!myled_devp) {
                err = -ENOMEM;
                goto fail_malloc;
        }
        memset(myled_devp, 0, sizeof(struct myled_dev));
        myled_setup_cdev(myled_devp, 0);
        if (gpio_request_one(LED_GPIO, GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "myled_led")) {
                printk(KERN_ERR "Unable to request GPIO for LED: %s\n", MYLED_NAME);
                goto fail_gpio_req;
        }
        dev_info(&myled_devp->dev, "myled initialized");
        return 0;
fail_gpio_req:
        kfree(myled_devp);
fail_malloc:
        unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
        return err;
}
module_init(myled_init);

设备文件操作函数将在模块加载时注册，并将函数指针指向对应的驱动程序。驱动程序中包含了读写函数，open/close函数，以及文件描述符的变量。

static int myled_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
        struct myled_dev *dev;
        dev = container_of(inode->i_cdev, struct myled_dev, cdev);
        filp->private_data = dev;
        return 0;
}
static ssize_t myled_write(struct file *filp, const char *buf,
                           size_t count, loff_t *f_pos)
{
        int val = 0;
        if (copy_from_user(&val, buf, sizeof(int)))
                return -EFAULT;
        if (val == 0)
                gpio_set_value(LED_GPIO, 0);
        else
                gpio_set_value(LED_GPIO, 1);
        pr_info("Set LED %s\n", val > 0 ? "on" : "off");
        return count;
}
static ssize_t myled_read(struct file *filp, char *buf, size_t count,
                          loff_t *f_pos)
{
        int val = 0;
        val = gpio_get_value(LED_GPIO);
        if (copy_to_user(buf, &val, sizeof(int)))
                return -EFAULT;
        return count;
}
static int myled_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
        return 0;
}
static const struct file_operations myled_fops = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .read = myled_read,
        .write = myled_write,
        .open = myled_open,
        .release = myled_release
};

4.总结

本文介绍了Linux内核模块的概念和方法，并以一个LED设备驱动程序为例说明了内核模块的实现步骤。Linux内核模块是在Linux内核中实现动态加载的机制，通过这种方式，开发人员可以在不重新编译内核或重启系统的情况下添加或删除某些功能，同时，内核模块可以对Linux内核进行扩展，添加新的功能，从而满足不同的应用需求。