基于分层思想的驱动程序软件框架

linuxhh 2020-02-16

基于分层思想的驱动程序软件框架

目的

让驱动程序有很好的移植性。

实现的方法

  • 将硬件相关的操作放入一个结构体中,类似于file_operation的结构体中,之后和将其操作的实现,一起封装在一个函数中,且需要设计提供一个函数让外部函数能得到硬件相关的结构体。(分层思想)

  • 让向内核注册驱动的入口和出口中函数,只需要将所有驱动通用的代码放入其中即可

    确定主设备号,也可以让内核分配

    定义自己的 file_operations 结构体

    实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数,填入 file_operations 结构体

    file_operations 结构体告诉内核: register_chrdev

    谁来注册驱动程序啊?得有一个入口函数:安装驱动程序时,就会去调用这个入口函数

    有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,出口函数调用 unregister_chrdev

    其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点: class_create, device_create

    将硬件相关的操作传递给入口函数得到硬件操作相关函数的。

代码演示:

  • 硬件相关的操作
#ifndef _LED_OPR_H
#define _LED_OPR_H

struct led_operations {
    int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */       
    int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void);


#endif
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include "led_opr.h"

static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */       
{
    
    printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
    return 0;
}

static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */
{
    printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off");
    return 0;
}

static struct led_operations board_demo_led_opr = {
    .init = board_demo_led_init,
    .ctl  = board_demo_led_ctl,
};

struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{
    return &board_demo_led_opr;
}
  • 硬件无关,框架相关的操作

    #include <linux/module.h>
    
    #include <linux/fs.h>
    #include <linux/errno.h>
    #include <linux/miscdevice.h>
    #include <linux/kernel.h>
    #include <linux/major.h>
    #include <linux/mutex.h>
    #include <linux/proc_fs.h>
    #include <linux/seq_file.h>
    #include <linux/stat.h>
    #include <linux/init.h>
    #include <linux/device.h>
    #include <linux/tty.h>
    #include <linux/kmod.h>
    #include <linux/gfp.h>
    
    #include "led_opr.h"
    
    #define LED_NUM 2
    
    /* 1. 确定主设备号                                                                 */
    static int major = 0;
    static struct class *led_class;
    struct led_operations *p_led_opr;
    
    
    #define MIN(a, b) (a < b ? a : b)
    
    /* 3. 实现对应的open/read/write等函数,填入file_operations结构体                   */
    static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
    {
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
      return 0;
    }
    
    /* write(fd, &val, 1); */
    static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
    {
      int err;
      char status;
      struct inode *inode = file_inode(file);
      int minor = iminor(inode);
    
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
      err = copy_from_user(&status, buf, 1);
    
      /* 根据次设备号和status控制LED */
      p_led_opr->ctl(minor, status);
    
      return 1;
    }
    
    static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
    {
      int minor = iminor(node);
    
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
      /* 根据次设备号初始化LED */
      p_led_opr->init(minor);
    
      return 0;
    }
    
    static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
    {
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
      return 0;
    }
    
    /* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
    static struct file_operations led_drv = {
      .owner   = THIS_MODULE,
      .open    = led_drv_open,
      .read    = led_drv_read,
      .write   = led_drv_write,
      .release = led_drv_close,
    };
    
    /* 4. 把file_operations结构体告诉内核:注册驱动程序                                */
    /* 5. 谁来注册驱动程序啊?得有一个入口函数:安装驱动程序时,就会去调用这个入口函数 */
    static int __init led_init(void)
    {
      int err;
      int i;
    
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
      major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);  /* /dev/led */
    
    
      led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");
      err = PTR_ERR(led_class);
      if (IS_ERR(led_class)) {
          printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
          unregister_chrdev(major, "led");
          return -1;
      }
    
      for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
          device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_led%d", i); /* /dev/100ask_led0,1,... */
    
      p_led_opr = get_board_led_opr();
    
      return 0;
    }
    
    /* 6. 有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数           */
    static void __exit led_exit(void)
    {
      int i;
      printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    
      for (i = 0; i < LED_NUM; i++)
          device_destroy(led_class, MKDEV(major, i)); /* /dev/100ask_led0,1,... */
    
      device_destroy(led_class, MKDEV(major, 0));
      class_destroy(led_class);
      unregister_chrdev(major, "100ask_led");
    }
    
    
    /* 7. 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点                                     */
    
    module_init(led_init);
    module_exit(led_exit);
    
    MODULE_LICENSE("GPL");
  • 测试用例和Makefile

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    /*
     * ./ledtest /dev/100ask_led0 on
     * ./ledtest /dev/100ask_led0 off
     */
    int main(int argc, char **argv)
    {
      int fd;
      char status;
    
      /* 1. 判断参数 */
      if (argc != 3) 
      {
          printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
          return -1;
      }
    
      /* 2. 打开文件 */
      fd = open(argv[1], O_RDWR);
      if (fd == -1)
      {
          printf("can not open file %s\n", argv[1]);
          return -1;
      }
    
      /* 3. 写文件 */
      if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
      {
          status = 1;
          write(fd, &status, 1);
      }
      else
      {
          status = 0;
          write(fd, &status, 1);
      }
    
      close(fd);
    
      return 0;
    }
    # 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
    # 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
    # 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
    # 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
    # 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
    # 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
    #       请参考各开发板的高级用户使用手册
    
    KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4
    
    all:
      make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
      $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c 
    
    clean:
      make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
      rm -rf modules.order
      rm -f ledtest
    
    # 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
    # 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
    # ab-y := a.o b.o
    # obj-m += ab.o
    
    # leddrv.c board_demo.c 编译成 100ask.ko
    100ask_led-y := leddrv.o board_demo.o
    obj-m += 100ask_led.o

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