嵌入式Linux设备驱动开发之：实验内容——test驱动

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        11.7  实验内容——test驱动

        1．实验目的

        该实验是编写最简单的字符驱动程序，这里的设备也就是一段内存，实现简单的读写功能，并列出常用格式的Makefile以及驱动的加载和卸载脚本。读者可以熟悉字符设备驱动的整个编写流程。
         
        2．实验内容

        该实验要求实现对虚拟设备（一段内存）的打开、关闭、读写的操作，并要通过编写测试程序来测试虚拟设备及其驱动运行是否正常。
         
        3．实验步骤

        （1）编写代码。
        这个简单的驱动程序的源代码如下所示：
         
        /* test_drv.c */
        #include <linux/module.h>
        #include <linux/init.h>
        #include <linux/fs.h>
        #include <linux/kernel.h>
        #include <linux/slab.h>
        #include <linux/types.h>
        #include <linux/errno.h>
        #include <linux/cdev.h>
        #include <asm/uaccess.h>
        #define     TEST_DEVICE_NAME    "test_dev"
        #define        BUFF_SZ                1024
         
        /*全局变量*/
        static struct cdev test_dev;
        unsigned int major =0;
        static char *data = NULL;
         
        /*读函数*/
        static ssize_t test_read(struct file *file,
                                         char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
        {
            int len;
            if (count < 0 )
            {
                return -EINVAL;
            }
            len = strlen(data);
            count = (len > count)?count:len;
            if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/
            {
                return -EFAULT;
            }
            return count;
        }
        /*写函数*/
        static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,
                                               size_t count, loff_t *f_pos)
        {
            if(count < 0)
            {
                return -EINVAL;
            }
            memset(data, 0, BUFF_SZ);
                count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
            if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
            {
                return -EFAULT;
            }
            return count;
        }
        /*打开函数*/
        static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
        {
            printk("This is open operation\n");
            /* 分配并初始化缓冲区*/
            data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
            if (!data)
            {
                return -ENOMEM;
            }
            memset(data, 0, BUFF_SZ);
            return 0;
        }
        /*关闭函数*/
        static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
        {
            printk("This is release operation\n");
            if (data)
            {
                kfree(data); /* 释放缓冲区*/
                data = NULL; /* 防止出现野指针 */
            }
            return 0;
        }
        /* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
        static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,
                struct file_operations *fops)
        {
            int err, devno = MKDEV(major, minor);
            cdev_init(dev, fops);
            dev->owner = THIS_MODULE;
            dev->ops = fops;
            err = cdev_add (dev, devno, 1);
            if (err)
            {
                printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
            }
        }
         
        /* 虚拟设备的file_operations结构 */
        static struct file_operations test_fops =
        {
            .owner   = THIS_MODULE,
            .read    = test_read,
            .write   = test_write,
            .open    = test_open,
            .release = test_release,
        };
         
        /*模块注册入口*/
        int init_module(void)
        {
            int result;
            dev_t dev = MKDEV(major, 0);
         
            if (major)
            {/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用cat /proc/devices来查看 */
                result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
            }
            else
            {
                result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
            }
         
            if (result < 0)
            {
                printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
                return result;
            }
            test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
            printk("The major of the test device is %d\n", major);
            return 0;
        }
         
        /*卸载模块*/
        void cleanup_module(void)
        {
            cdev_del(&test_dev);
            unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
            printk("Test device uninstalled\n");
        }
         
        （2）编译代码。
        虚拟设备的驱动程序的Makefile如下所示：
         
        ifeq ($(KERNELRELEASE),)
        KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/
        PWD := $(shell pwd)
        modules:
            $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
        modules_install:
            $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
        clean:
            rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
        .PHONY: modules modules_install clean
        else
            obj-m := test_drv.o    /* 将生成的模块为test_drv.ko*/
        endif
         
        （3）加载和卸载模块。
        通过下面两个脚本代码分别实现驱动模块的加载和卸载。
        加载脚本test_drv_load如下所示：
         
        #!/bin/sh
        # 驱动模块名称
        module="test_drv"   
        # 设备名称。在/proc/devices中出现
        device="test_dev"   
        # 设备文件的属性
        mode="664"            
        group="david"        
         
        # 删除已存在的设备节点
        rm -f /dev/${device}
        # 加载驱动模块
        /sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
        # 查到创建设备的主设备号
        major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
        # 创建设备文件节点
        mknod /dev/${device} c $major 0
        # 设置设备文件属性
        chgrp $group /dev/${device}
        chmod $mode  /dev/${device}
         
        卸载脚本test_drv_unload如下所示：
         
        #!/bin/sh
        module="test_drv"   
        device="test_dev"
        # 卸载驱动模块
        /sbin/rmmod $module $* || exit 1
        # 删除设备文件
        rm -f /dev/${device}
        exit 0
         
        （6）编写测试代码。
        最后一步是编写测试代码，也就是用户空间的程序，该程序调用设备驱动来测试驱动的运行是否正常。以下实例只实现了简单的读写功能，测试代码如下所示：
         
        /* test.c */
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <string.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <unistd.h>
        #include <fcntl.h>
        #define     TEST_DEVICE_FILENAME        "/dev/test_dev"        /* 设备文件名*/
        #define        BUFF_SZ                        1024                /* 缓冲大小 */
         
        int main()
        {
            int fd, nwrite, nread;
            char buff[BUFF_SZ];        /*缓冲区*/
            /* 打开设备文件 */
            fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
            if (fd < 0)
            {
                perror("open");
                exit(1);
            }
                
            do
            {
                printf("Input some words to kernel(enter &#39;quit&#39; to exit):");
                memset(buff, 0, BUFF_SZ);
                if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
                {
                    perror("fgets");
                    break;
                }
                buff[strlen(buff) - 1] = &#39;\0&#39;;
                if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
                {
                    perror("write");
                    break;
                }
                if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 从设备读取数据 */
                {
                    perror("read");
                    break;
                }
                else
                {
                    printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
                }
            } while(strncmp(buff, "quit", 4));
            close(fd);
            exit(0);
        }
         
         
        4．实验结果

        首先在虚拟设备驱动源码目录下编译并加载驱动模块。
         
        $ make clean;make
        $ ./test_drv_load
         
        接下来，编译并运行测试程序
         
        $ gcc &ndash;o test test.c
        $ ./test
         
        测试程序运行效果如下：
         
        Input some words to kernel(enter &#39;quit&#39; to exit):Hello, everybody!
        The read string is from kernel:Hello, everybody! /* 从内核读取的数据 */
        Input some words to kernel(enter &#39;quit&#39; to exit):This is a simple driver
        The read string is from kernel: This is a simple driver
        Input some words to kernel(enter &#39;quit&#39; to exit):quit
        The read string is from kernel:quit
         
        最后，卸载驱动程序
         
        $ ./test_drv_unload
         
        通过dmesg命令可以查看内核打印的信息：
         
        $ dmesg|tail &ndash;n 10
        ……
        The major of the test device is 250    /* 当加载模块时打印 */
        This is open operation                    /* 当打开设备时打印 */
        This is release operation                /* 关闭设备时打印 */
        Test device uninstalled                   /* 当卸载设备时打印 */