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这期内容当中小编将会给大家带来有关如何从点一个灯开始学写Linux字符设备驱动，文章内容丰富且以专业的角度为大家分析和叙述，阅读完这篇文章希望大家可以有所收获。
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这里介绍一下如何利用Linux驱动模型来完成一个LED灯设备驱动。点一个灯有什么好谈呢？况且Linux下有专门的leds驱动子系统。
在很多嵌入式系统里，有可能需要实现数字开关量输出，比如：
LED状态显示
阀门/继电器控制
蜂鸣器
......
嵌入式Linux一般需求千变万化，也不可能这些需求都有现成设备驱动代码可供使用，所以如何学会完成一个开关量输出设备的驱动，一方面点个灯可以比较快了解如何具体写一个字符类设备驱动，另一方面实际项目中对于开关量输出设备就可以这样干，所以是具有较强的实用价值的。
要完成这样一个开关量输出GPIO的驱动程序，需要梳理梳理下面这些概念：
设备编号
设备挂载
关键数据结构
字符设备是通过文件系统内的设备名称进行访问的，其本质是设备文件系统树的节点。故Linux下设备也是一个文件，Linux下字符设备在/dev目录下。可以在开发板的控制台或者编译的主Linux系统中利用ls -l /dev查看，如下图：
对于ls -l列出的属性，做一个比较细的解析：
细心的朋友或许会发现设备号属性，在有的文件夹下列出来不是这样，这就对了！普通文件夹下是这样：
差别在于一个是文件大小，一个是设备号。
再细心一点的朋友或许还会问，这些/dev下的文件时间属性为神马都相差无几？这是因为/dev设备树节点是在内核启动挂载设备驱动动态生成的，所以时间就是系统开机后按次序生成的，你如不信，不妨重启一下系统在查看一下。
常见文件类型：
d: directory 文件夹
l: link 符号链接
p: FIFO pipe 管道文件,可以用mkfifo命令生成创建
s: socket 套接字文件
c: char 字符型设备文件
b: block 块设备文件
-：常规文件
回到设备号,设备号是一个32位无符号整型数，其中：
12位用来表示主设备号,用于标识设备对应的驱动程序。
20位用来表示次设备号，用于正确确定设备文件所指的设备。
这怎么理解呢，看下串口类设备就比较清楚了：
主设备号一样证明这些设备共用了一个驱动程序，而次设备号不一样，则对应了不同的串口设备。那么怎么得到设备号呢？
/*下列定义位于./include/linux/types.h */typedef u32 __kernel_dev_t;typedef __kernel_dev_t dev_t;/* 下面宏用于生成主设备号，次设备号 *//* 下列定义位于./include/linux/Kdev_t.h */#define MINORBITS 20#define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))
使用举例：
/* 主设备号 */MAJOR(dev_t dev); /* 次设备号 */MINOR(dev_t dev);
为简化问题，本文描述一下动态加载设备驱动模块，暂不考虑设备树。参考<
#!/bin/sh#-----------------------------------------------------------------------module="led"
device="led"
mode="664"
group="staff"# 利用insmod命令加载设备模块insmod -f $module.ko $* || exit 1# 获取系统分配的主设备号 major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$module\" {print \\$1}"`# 删除旧节点rm -f /dev/${device} #创建设备文件节点mknod /dev/${device} c $major 0#设置设备文件节点属性chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}这里要提一下/proc/devices，这是一个文件记录了字符和块设备的主设备号，以及分配到这些设备号的设备名称。比如使用cat命令来列出这个文件内容：
字符设备由什么关键数据结构进行抽象的呢，来看看：
file_operations定义在./include/linux/fs.h
cdev定义在./include/linux/cdev.h
cdev中与字符设备驱动编程相关两个数据域：
const struct file_operations *ops;
dev_t dev;设备编号
文件操作符是一个庞大的数据结构，常规字符设备驱动一般需要实现下面一些函数指针：
read:用来实现从设备中读取数据
write：用于实现写入数据到设备
ioctl：实现执行设备特定命令的方法
open：用实现打开一个设备文件
release：当file结构被释放时，将调用这个接口函数
先上代码（可左右滑动显示）：
#include#include #include #include /* printk() */#include #include #include /* everything... */#include #include /* copy_*_user *//*这里具体参考不同开发板的电路 GPIOC24 */#define LED_CTRL (2*32+24) static const unsigned int led_pad_cfg = LED_CTRL;struct t_led_dev{ struct cdev cdev; unsigned char value; };struct t_led_dev led_dev;static dev_t led_major;static dev_t led_minor=0; static int led_open(struct inode * inode,struct file * filp){ filp->private_data = &led_dev; printk ("led is opened!\n"); return 0; }static int led_release(struct inode * inode, struct file * filp){ return 0; }static ssize_t led_read(struct file * file, char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){ ssize_t ret=1; if(copy_to_user(&(led_dev.value),buf,1)) return -EFAULT; printk ("led is read!\n"); return ret; }static ssize_t led_write(struct file * filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *ppos){ unsigned char value; ssize_t retval = 0; if(copy_from_user(&value,buf,1)) return -EFAULT; if(value&0x01) gpio_set_value(led_pad_cfg, 1); else gpio_set_value(led_pad_cfg, 0); printk ("led is written!\n"); return retval; }static const struct file_operations led_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = led_read, .write = led_write, .open = led_open, .release = led_release, };static void led_setup_cdev(struct t_led_dev * dev, int index){ /* 初始化字符设备驱动数据域 */ int err,devno = MKDEV(led_major,led_minor+index); cdev_init(&(dev->cdev),&led_fops); dev->cdev.owner = THIS_MODULE; dev->cdev.ops = &led_fops; /* 字符设备注册 */ err = cdev_add(&(dev->cdev),devno,1); if(err) printk(KERN_NOTICE "Error %d adding led %d",err,index); }static int led_gpio_init(void){ if (gpio_request(LED_CTRL, "led") < 0) { printk("Led request gpio failed\n"); return -1; } printk("Led gpio requested ok\n"); gpio_direction_output(LED_CTRL, 1); gpio_set_value(LED_CTRL, 1); return 0; }/* 注销设备 */void led_cleanup(void){ dev_t devno = MKDEV(led_major, led_minor); gpio_set_value(LED_CTRL, 0); gpio_free(LED_CTRL); cdev_del(&led_dev.cdev); unregister_chrdev_region(devno, 1); //注销设备号 }/* 注册设备 */static int led_init(void){ int result; dev_t dev = MKDEV( led_major, 0 ); /* 动态分配设备号 */ result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "led"); if(result<0) return result; led_major = MAJOR(dev); memset(&led_dev,0,sizeof(struct t_led_dev)); led_setup_cdev(&led_dev,0); led_gpio_init(); printk ("led device initialised!\n"); return result; } module_init(led_init); module_exit(led_cleanup); MODULE_DESCRIPTION("Led device demo"); MODULE_AUTHOR("embinn"); MODULE_LICENSE("GPL");
来总结一下要点：
init函数，需要用module_init宏包起来，本例中即为led_init，module_init宏的作用就是选编译为模块或进内核的底层实现，建议刚开始不必深究。一般而言主要实现：
申请分配主设备号alloc_chrdev_region
为特定设备相关数据结构分配内存
将入口函数(open read write等)与字符设备驱动的cdev抽象数据结构关联
将主设备与驱动程序cdev相关联
申请硬件资源，初始化硬件
调用cdev_add注册设备
exit函数，一样需要用module_exit包起来，主要负责：
释放硬件资源
调用cdev_del删除设备
调用unregister_chrdev_region注销设备号
用户空间与驱动数据交换
copy_to_user，如其名一样，将内核空间数据信息传递到用户空间
copy_from_user，如其名一样，从用户空间拷贝数据进内核空间
善用printk进行驱动调试，这是内核打印函数。
gpio相关操作函数，这里就不一一列举其作用了，比较容易理解。
#include#include #include #include #define READ_SIZE 10int main(int argc, char **argv){ int fd,count; float value; unsigned char buf[READ_SIZE+1]; printf( "Cmd argv[0]:%s,argv[1]:%s,argv[2]:%s\n",argv[0],argv[1],argv[2] ); if( argc<2 ){ printf( "[Usage: test device_name ]\n" ); exit(0); } if(strlen(argv[2]!=1) printf( "Invalid parameter\n" ); if(( fd = open(argv[1],O_WRONLY ))<0){ printf( "Error:can not open the device: %s\n",argv[1] ); exit(1); } if(argv[2][0] == '1') buf[0] = 1; else if(argv[2][0] == '0') buf[0] = 0; else printf( "Invalid parameter\n" ); printf("write: %d\n",buf[0]); if( (count = write( fd, buf ,1 ))<0 ){ perror("write error.\n"); exit(1); } close(fd); printf("close device %s\n",argv[1] ); return 0; }
编译成可执行文件，调用前面的脚本加载设备后，在/dev下就可以看到led设备了。比如测试代码编译成ledTest执行文件，则使用下面命令运行测试程序就可以看到led控制效果了：
/*打开led 具体取决电路是高有效还是低有效*/./ledTest /dev/led 1./ledTest /dev/led 0
这样就实现了用户空间驱动底层设备了，实际应用代码就可以这样去访问底层的字符型设备。
最后总结了简单字符设备的驱动开发的一些要点，以及如何动态加载，在设备文件系统树上创建设备节点，并演示了驱动以及驱动使用的基本要点。
上述就是小编为大家分享的如何从点一个灯开始学写Linux字符设备驱动了，如果刚好有类似的疑惑，不妨参照上述分析进行理解。如果想知道更多相关知识，欢迎关注创新互联行业资讯频道。