Linux 驱动开发基础知识—— 驱动设计的思想（六）
个人名片：
🦁作者简介：一名喜欢分享和记录学习的在校大学生
🐯个人主页：妄北y🐧个人QQ：2061314755
🐻个人邮箱：2061314755@qq.com
🦉个人WeChat：Vir2021GKBS
🐼本文由妄北y原创，首发CSDN🎊🎊🎊
🐨座右铭：大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。
专栏导航：
妄北y系列专栏导航:
C/C++的基础算法：C/C++是一种常用的编程语言，可以用于实现各种算法，这里我们对一些基础算法进行了详细的介绍与分享。🎇🎇🎇
QT基础入门学习：对QT的基础图形化页面设计进行了一个简单的学习与认识，利用QT的基础知识进行了翻金币小游戏的制作🤹🤹🤹
Linux基础编程：初步认识什么是Linux，为什么学Linux，安装环境，进行基础命令的学习，入门级的shell编程。🍻🍻🍻
Linux应用开发基础开发：分享Linux的基本概念、命令行操作、文件系统、用户和权限管理等，网络编程相关知识，TCP/IP 协议、套接字（Socket）编程等，可以实现网络通信功能。💐💐💐
Linux项目开发：Linux基础知识的实践，做项目是最锻炼能力的一个学习方法，这里我们会学习到一些简单基础的项目开发与应用，而且都是毕业设计级别的哦。🤸🤸🤸
非常期待和您一起在这个小小的互联网世界里共同探索、学习和成长。💝💝💝 ✨✨ 欢迎订阅本专栏 ✨✨
文章介绍：
🎉本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳
Linux驱动设计思想的核心在于模块化、可重用、高度抽象和多层次结构，使用分离思想、分层设计思想、机与外设分隔思想等以确保在不同硬件平台上提供一致的。
如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！💪💪💪
🎁感谢大家点赞👍收藏⭐评论✍️
目录：
目录
一、设计思想
1.1 面向对象
1.2 分层
1.3 分离
二、代码分析
2.1 led_resource.h
2.2 board_A_led.c
2.3 chip_demo_gpio.c
2.4 Makefile
2.5 ledtest
三、上机测试
3.1编译
3.2 挂载到开发板
3.3 测试
3.4 结果
一、设计思想
1.1 面向对象
字符设备驱动程序抽象出一个 file_operations 结构体；
硬件程序针对硬件部分抽象出 led_operations 结构体。
1.2 分层
上下分层，比如我们前面写的 LED 驱动程序就分为 2 层：
上层实现硬件无关的操作，比如注册字符设备驱动：leddrv.c
下层实现硬件相关的操作，比如 board_A.c 实现单板 A 的 LED 操作
1.3 分离
在 board_A.c 中，实现了一个 led_operations，为 LED 引脚实现了初始化函数、控制函数：
static struct led_operations board_demo_led_opr = {.num = 1,.init = board_demo_led_init,.ctl = board_demo_led_ctl,
};
如果硬件上更换一个引脚来控制 LED 怎么办？你要去修改上面结构体中的 init、ctl 函数。
实际情况是，每一款芯片它的 GPIO 操作都是类似的。比如：GPIO1_3、 GPIO5_4 这 2 个引脚接到 LED：
（1）GPIO1_3 属于第 1 组，即 GPIO1。
a) 有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio1。
b) 设置为 output 引脚：修改 GPIO1 的 DIR 寄存器的 bit3。
c) 设置输出电平：修改 GPIO1 的 DR 寄存器的 bit3。
（2） GPIO5_4 属于第 5 组，即 GPIO5。
a) 有方向寄存器 DIR、数据寄存器 DR 等，基础地址是 addr_base_addr_gpio5。
b) 设置为 output 引脚：修改 GPIO5 的 DIR 寄存器的 bit4。
c) 设置输出电平：修改 GPIO5 的 DR 寄存器的 bit4。
既然引脚操作那么有规律，并且这是跟主芯片相关的，那可以针对该芯片写 出比较通用的硬件操作代码。
比如 board_A.c 使用芯片 chipY，那就可以写出：chipY_gpio.c，它实现芯片 Y 的 GPIO 操作，适用于芯片 Y 的所有 GPIO 引脚。
使用时，我们只需要在 board_A_led.c 中指定使用哪一个引脚即可。程序结构如下：
以面向对象的思想，在 board_A_led.c 中实现 led_resouce 结构体，它定义“资源”──要用哪一个引脚。
在 chipY_gpio.c 中仍是实现 led_operations 结构体，它要写得更完善， 支持所有 GPIO。
二、代码分析
程序仍分为上下结构：
上层 leddrv.c 向内核注册 file_operations 结构体；下层 chip_demo_gpio.c 提供 led_operations 结构体来操作硬件。
下层的代码分为 2 个：chip_demo_gpio.c 实现通用的 GPIO 操作， board_A_led.c 指定使用哪个 GPIO，即“资源”。
2.1 led_resource.h
led_resource.h 中定义了 led_resource 结构体，用来描述 GPIO：
#ifndef _LED_RESOURCE_H
#define _LED_RESOURCE_H/* GPIO3_0 */
/* bit[31:16] = group */
/* bit[15:0] = which pin */
#define GROUP(x) (x>>16)
#define PIN(x) (x&0xFFFF)
#define GROUP_PIN(g,p) ((g<<16) | (p))struct led_resource {int pin;
};struct led_resource *get_led_resouce(void);#endif2.2 board_A_led.c
board_A_led.c 指定使用哪个 GPIO，它实现一个 led_resource 结构体,并提供访问函数：
当我们以后换了开发板我们只需要修改这里的资源函数
#include "led_resource.h"static struct led_resource board_A_led = {.pin = GROUP_PIN(3,1),
};struct led_resource *get_led_resouce(void)
{return &board_A_led;
}第5行：表示第3组第1个引脚
.pin = GROUP_PIN(3,1)
第8~11行：便于访问这里的变量
2.3 chip_demo_gpio.c
chip_demo_gpio.c 中，首先获得 board_A_led.c 实现的 led_resource 结构体，然后再进行其他操作。
#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"
#include "led_resource.h"static struct led_resource *led_rsc;
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);if (!led_rsc){led_rsc = get_led_resouce();}printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));switch(GROUP(led_rsc->pin)){case 0:{printk("init pin of group 0 ...\n");break;}case 1:{printk("init pin of group 1 ...\n");break;}case 2:{printk("init pin of group 2 ...\n");break;}case 3:{printk("init pin of group 3 ...\n");break;}}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");printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));switch(GROUP(led_rsc->pin)){case 0:{printk("set pin of group 0 ...\n");break;}case 1:{printk("set pin of group 1 ...\n");break;}case 2:{printk("set pin of group 2 ...\n");break;}case 3:{printk("set pin of group 3 ...\n");break;}}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;
}第26行：先获得 board_A_led.c 实现的 led_resource 结构体
第29~52行：查看初始化的GPIO哪一组
printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));switch(GROUP(led_rsc->pin)){case 0:{printk("init pin of group 0 ...\n");break;}case 1:{printk("init pin of group 1 ...\n");break;}case 2:{printk("init pin of group 2 ...\n");break;}case 3:{printk("init pin of group 3 ...\n");break;}}
第60~84行：查看控制GPIO哪一组
printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(led_rsc->pin), PIN(led_rsc->pin));switch(GROUP(led_rsc->pin)){case 0:{printk("set pin of group 0 ...\n");break;}case 1:{printk("set pin of group 1 ...\n");break;}case 2:{printk("set pin of group 2 ...\n");break;}case 3:{printk("set pin of group 3 ...\n");break;}}
2.4 Makefile
# 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-4.4all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -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 chip_demo_gpio.o board_A_led.o
obj-m += 100ask_led.o
2.5 ledtest
#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;
}三、上机测试
3.1编译
编译程序，把代码上传代服务器后执行 make 命令。
cp 100ask_led.ko ledtest ~/nfs_rootfs/
3.2 挂载到开发板
在开发板上挂载 NFS
3.3 测试
最后在开发板上加载驱动程序，执行测试程序，如下：
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk //调整内核printk的打印级别
3.4 结果
大佬觉得有用的话点个赞 👍🏻 呗。
❤️❤️❤️本人水平有限，如有纰漏，欢迎各位大佬评论批评指正！😄😄😄💘💘💘如果觉得这篇文对你有帮助的话，也请给个点赞、收藏下吧，非常感谢!👍 👍 👍
🔥🔥🔥任务在无形中完成，价值在无形中升华,让我们一起加油吧！🌙🌙🌙
