应用程序调用驱动程序访问硬件过程

1. 打开设备文件 fd = open("/dev/hello", flag, mode)

    1.1 根据文件名/dev/hello找到设备节点(目录项 = 文件名 +节点)，  struct inode 结构体                        
    struct inode{

        // 设备类型

        //主设备号

        //次设备号
    }

    通过其中描述的信息可以知道接下来要操作的设备类型（字符设备还是块设备），还会分配一个struct file结构体。

    1.2 根据struct inode结构体里面记录的设备号，可以找到对应的驱动函数，也就是驱动层file_operation结构体中的op

    en，read，write等。

    1.3 任务完成，VFS层会给应用返回一个文件描述符（fd）。这个fd是和struct file结构体对应的

    通过fd可以将进程的task_struct数据结构和file结构挂钩起来。接下来上层应用程序就可以通过fd找到对应的struct 

    file，从而找到对应的驱动函数。

    struct file {

        struct path f_path,  //文件名

        struct inode *f_node,  //设备节点

        const struct file_operations *f_op;  //驱动程序函数结构体
    }

    struct file_operations{

        int (*open)(struct inode *, struct file* ),

        ssize_t (*read)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

        ssize_t (*write)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
    }

2. 向硬件写入数据 write(fd, buf, size)

    2.1 应用程序调用write, 执行系统调用，触发swi异常，执行异常处理函数，识别应该调用驱动程序drv_write()

    2.2 如何识别应该调用驱动程序drv_write()？

        fd 对应 struct file 结构体，找到设备节点struct inode, 

        取出主设备号major,通过主设备号找到file_operations结构体，取出其中的write执行

字符设备驱动程序框架

1. 确定主设备号，也可以让内核分配

2. 定义自己的file_operations结构体

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

4. 把file_operations结构体告诉内核：register_chrdev

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

6. 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

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

核心：填充struct file_operations结构体

hello 驱动程序（不涉及硬件）

功能：

  APP调用write函数时，传入的数据保存在驱动中

  APP调用read函数时，把驱动中保存的数据返回给APP

驱动程序中包含了很多头文件，这些头文件来自内核，不同的ARM板它的某些头文件可能不同。所以编译驱动程序时，需要

指定板子所用的内核的源码路径。要编译哪个文件？这也需要指定，设置obj-m变量即可

先设置好交叉编译工具链，编译好你的板子所用的内核，然后修改Makefile指定内核源码路径，最后即可执行make命令编

译驱动程序和测试程序。

驱动程序：

#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>

// 1. 确定主设备号                                                                 
static int major = 0;
static char kernel_buf[1024];
static struct class *hello_class;


#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 hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));
    return MIN(1024, size);
}

static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));
    return MIN(1024, size);
}

static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}

static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}

// 定义自己的file_operations结构体                                              
static struct file_operations hello_drv = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = hello_drv_open,
    .read    = hello_drv_read,
    .write   = hello_drv_write,
    .release = hello_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 hello_init(void)
{
    int err;

    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);  /* /dev/hello */


    hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");
    err = PTR_ERR(hello_class);
    if (IS_ERR(hello_class)) {
        printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        unregister_chrdev(major, "hello");
        return -1;
    }

    device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */

    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 hello_exit(void)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(hello_class);
    unregister_chrdev(major, "hello");
}


// 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

测试程序

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./hello_drv_test -w abc
 * ./hello_drv_test -r
 */
int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    char buf[1024];
    int len;

    // 1. 判断参数 
    if (argc < 2) 
    {
        printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]);
        printf("       %s -r\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    //2. 打开文件 
    fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
    if (fd == -1)
    {
        printf("can not open file /dev/hello\n");
        return -1;
    }

    //3. 写文件或读文件 
    if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3))
    {
        len = strlen(argv[2]) + 1;
        len = len < 1024 ? len : 1024;
        write(fd, argv[2], len);
    }
    else
    {
        len = read(fd, buf, 1024);      
        buf[1023] = '\0';
        printf("APP read : %s\n", buf);
    }

    close(fd);

    return 0;
}