驅動之路-硬件訪問及混雜設備LED驅動

一、重要知識點

1.I/O端口和I/O內存

寄存器和常規內存的區別：寄存器和RAM主要不同在于寄存器有邊際效果，讀取某個地址時可能導致該地址的內容發生變化，比如說很多設備的中斷狀態寄存器只要一讀取，便自動清0。所以硬件寄存器不能直接訪問，而要通過I/O端口和I/O內存兩種方式訪問。

在硬件層，I/O內存區域和I/O端口區域沒有概念上的區別：它們都是通過向地址總線和控制總線發生電平信號進行訪問，再通過數據總線讀寫數據。

a.I/O端口：

一些CPU制造廠在它們的芯片中使用單一的地址空間，而一些則為外設保留獨立的地址空間，以便和內存區間分開來，這段獨立與內存地址空間的地址空間就叫I/O端口。在/proc/ioport中可以看到。嵌入式處理器大部分不支持I/O端口。

訪問I/O端口有兩步：1.申請I/O端口2.讀寫I/O端口

申請I/O端口：

structresource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name)

申請從first開始的n個端口。參數name為設備名稱。如果分配成功則返回非NULL值。

釋放I/O端口：

voidrelease_region(unsigned long start, unsigned long n)

讀寫I/O端口：

讀寫一個字節

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned char byte, unsigned port)

讀寫二個字節

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned short byte, unsigned port)

讀寫四個字節

unsignedinb(unsigned port)

voidoutb(usigned long byte, unsigned port)

b.I/O內存

通過將外設寄存器映射到內存空間來進行訪問叫做I/O內存，嵌入式大多只支持這種操作。

訪問I/O內存有三步：1.申請I/O內存區域2.映射I/O內存區域3.讀寫I/O內存

申請I/O內存區域

structresource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name)

申請訪問從start（I/O物理地址）開始的len長度的I/O內存區域，如成功則返回非NULL值。在/proc/iomem中可可以查看到已經被申請的I/O內存區域。在后面的我寫的驅動程序中并沒用使用申請這一步，是因為我使用的GPIO內存區域已經被申請，如果在申請會導致失敗。但是這樣做法是不安全的做法，因為同一I/O內存區域域被多個模塊使用。

釋放I/O內存區域

voidrelease_mem_region(unsigned long start, unsigned long len)

映射I/O內存區域

void*ioremap(unsigned long phy_addr, unsigned long size)

映射從物理地址phy_addr開始的size長度的的地址空間。返回可以訪問I/O內存地址。由ioreamp返回的地址不應該直接引用，必須通過下面一些列的讀寫函數完成。

讀寫操作I/O內存

讀1、2、4個字節：

unsignedint read8(void *addr);

unsignedint read16(void *addr)

unsignedint read32(void *addr)

寫讀1、2、4個字節：

voidiowrite8(u8 value, void *addr)

voidiowrite16(u8 value, void *addr)

voidiowrite32(u8 value, void *addr)

2.混雜設備驅動

在Linux系統中，存在一類字符設備，他們共享一個主設備號（10）,但此設備號不同，我們稱這類設備為混雜設備（miscdeivce）,查看/proc/device中可以看到一個名為misc的主設備號為10。所有的混雜設備形成一個鏈表，對設備訪問時內存根據次設備號找到對應的miscdevice設備。

Linux內核使用structmiscdeivce來描述一個混雜設備

structmiscdevice{
???????? int minor;

conststruct file_opreations *fops;

structlist_head list;

structdevice *parent;

structdevice *this_device;?????

}

使用時只需填寫minor次設備號，*name設備名，*fops文件操作函數集即可。

Linux內核使用misc_register函數注冊一個混雜設備。注冊成功后，linux內核為自動為該設備創建設備文件。

intmisc_register(struct miscdevice *misc)

二、驅動代碼

1.驅動代碼一

這段LED驅動代碼采用手動I/O內存映射的方式訪問。沒有使用申請內存區域函數，這樣使不安全的。直接訪問I/O內存地址而不是通過讀寫函數訪問也是不安全。同時驅動代碼包含硬件相關代碼也是移植性不好的。寫這段代碼是為了幫助理解I/O內存映射的過程。

#include???

volatile?unsigned?int?long?*gpb_con?=?NULL;??

volatile?unsigned?int?long?*gpb_data?=?NULL;??

static?int?leds_ioctl(struct?inode?*inode,?struct?file?*file,??

unsigned?int?cmd,?unsigned?long?arg)??

{??

if((cmd>1)?|(arg>3))??

return-EINVAL;??

switch(cmd)??

{??

case?0:??

*gpb_data&=?~(1<

break;??

case?1:??

*gpb_data|=?(1<

break;??

default:??

return-EINVAL;??

}??

return?0;??

}??

static?const?struct?file_operations?leds_fops?=?{??

.owner?=?THIS_MODULE,??

.ioctl?=?leds_ioctl,??

};??

static?struct?miscdevice?misc?=?{??

.minor?=MISC_DYNAMIC_MINOR,??

.name?="my_leds",??

.fops?=&leds_fops,??

};??

static?int?__init?leds_init(void)??

{??

int?ret;??

//注冊混雜設備??

ret?=misc_register(&misc);??

//映射I/O內存??

gpb_con?=?(volatileunsigned?long?*)ioremap(0x56000010,?16);?//0x56000010為GPIOB控制寄存器的物理地址??

gpb_data?=?gpb_con+1;??

//配置LED對應的GPIOB?5、6、7、8口為輸出并初始化為1，LED滅??

*gpb_con?|=(1<<5*2)|(1<<6*2)|(1<<7*2)|(1<<8*2);??

*gpb_data?|=(1<<5)?|?(1<<6)?|?(1<<7)?|?(1<<8);??

printk("ledsinit.\n");??

return?ret;??

}??

static?void?leds_exit(void)??

{??

misc_deregister(&misc);??????????

printk("leds_exit\n");??

}??

module_init(leds_init);??

module_exit(leds_exit);??

MODULE_AUTHOR("Y-Kee");??

MODULE_LICENSE("GPL");??

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include volatile unsigned int long *gpb_con = NULL;volatile unsigned int long *gpb_data = NULL;static int leds_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg){if((cmd>1) |(arg>3))return-EINVAL;switch(cmd){case 0:*gpb_data&= ~(1<

2.驅動代碼二：

采用內核定義好的GPIO接口（S3C2410_GPB5和S3C2410_GPB5_OUTP）和GPIO操作函數（s3c2410_gpio_setpin和s3c2410_gpio_cfgpin）。可移植性好，也是正確的做法。內核的GPIO操作函數也是通過一些的運算將GPIO接口換算成虛擬內存地址然后進行訪問的。

#include???

static?unsigned?long?led_table[]?=???{??

S3C2410_GPB5,??

S3C2410_GPB6,??

S3C2410_GPB7,??

S3C2410_GPB8,??

};??

static?unsigned?long?led_cfg_table[]?=????{??

S3C2410_GPB5_OUTP,??

S3C2410_GPB6_OUTP,??

S3C2410_GPB7_OUTP,??

S3C2410_GPB8_OUTP,??

};??

static?int?leds_ioctl(struct?inode?*inode,?struct?file?*file,??

unsigned?int?cmd,?unsigned?long?arg)??

{??

if((cmd>1)?|(arg>3))??

return-EINVAL;??

switch(cmd)??

{??

case?0:??

s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],0);??

break;??

case?1:??

s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],1);??

break;??

default:??

return-EINVAL;??

}??

return?0;??

}??

static?const?struct?file_operations?leds_fops?=?{??

.owner?=?THIS_MODULE,??

.ioctl?=?leds_ioctl,??

};??

static?struct?miscdevice?misc?=?{??

.minor?=MISC_DYNAMIC_MINOR,??

.name?="my_leds",??

.fops?=&leds_fops,??

};??

static?int?__init?leds_init(void)??

{??

int?ret,?i;??

//注冊混雜設備??

ret?=misc_register(&misc);??

//配置LED對應的GPIOB?5、6、7、8口為輸出并初始化為1，LED滅??

for(i=0;?i<4;?i++)??

{??

s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i],led_cfg_table[i]);??

s3c2410_gpio_setpin(led_table[i],1);??

}??

printk("ledsinit.\n");??

return?ret;??

}??

static?void?leds_exit(void)??

{??

misc_deregister(&misc);??

printk("leds_exit\n");??

}??

module_init(leds_init);??

module_exit(leds_exit);??

MODULE_AUTHOR("Y-Kee");??

MODULE_LICENSE("GPL");??

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include static unsigned long led_table[] = {S3C2410_GPB5,S3C2410_GPB6,S3C2410_GPB7,S3C2410_GPB8,};static unsigned long led_cfg_table[] = {S3C2410_GPB5_OUTP,S3C2410_GPB6_OUTP,S3C2410_GPB7_OUTP,S3C2410_GPB8_OUTP,};static int leds_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg){if((cmd>1) |(arg>3))return-EINVAL;switch(cmd){case 0:s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],0);break;case 1:s3c2410_gpio_setpin(led_table[arg],1);break;default:return-EINVAL;}return 0;}static const struct file_operations leds_fops = {.owner = THIS_MODULE,.ioctl = leds_ioctl,};static struct miscdevice misc = {.minor =MISC_DYNAMIC_MINOR,.name ="my_leds",.fops =&leds_fops,};static int __init leds_init(void){int ret, i;//注冊混雜設備ret =misc_register(&misc);//配置LED對應的GPIOB 5、6、7、8口為輸出并初始化為1，LED滅for(i=0; i<4; i++){s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i],led_cfg_table[i]);s3c2410_gpio_setpin(led_table[i],1);}printk("ledsinit.\n");return ret;}static void leds_exit(void){misc_deregister(&misc);printk("leds_exit\n");}module_init(leds_init);module_exit(leds_exit);MODULE_AUTHOR("Y-Kee");MODULE_LICENSE("GPL");

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