linux驱动开发架构
linux-dash
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驱动模型
最近开始开发驱动，现总结通用驱动开发模型如下
驱动整体模型：
添加一个设备，多数需要用户空间下发指令等操作。那么有两个问题：
- kernel如何控制设备
- 用户空间如何和kernel中的驱动交互
问题1：
kernel中有各种总线，设备挂载在总线上，驱动通过kernel总线提供的接口初始化控制设备。
问题2：
kernel中提供文件设备驱动，在驱动中增加一个文件设备，如字符设备、proc、sys等文件设备。
基于以上两个问题，驱动包含两部分
开发设备驱动
系统端驱动开发步骤
1、阅读设备相关的规格书、demo
2、确定设备挂载总线、文件交互设备
3、参照demo，编写驱动代码，代码包含两部分：设备树添加结点、逻辑代码
注意： 设备树结点中的字段可以是标准的（内核已有代码解析），也可以包含自定义的（设备驱动逻辑代码解析）。
设备端基于单片机驱动开发
设备端硬件形态有两种：
1、设备端有一个独立的小系统，通过一个单片机运行
2、设备端仅由电子原件和电路图实现
形态1：
一般情况下，该部分代码，设备厂商已提供，无需系统端负责开发。系统端通过总线和设备进行交互。
形态2：
设备端上电后，驱动实现初始化，控制设备端寄存器，配置设备以满足对设备功能、数据的需求
应用场景
以上描述的驱动开发架构模式，常用于应用级驱动开发。一些控制器类型，如i2c控制器、spi总线控制器等kernel中框架层的，一般不需要文件系统设备的存在，只需要开发设备驱动即可；为debug方便，一般也会搭配文件系统设备，方便命令行查看设备状态。
在开发中，可以根据实际需求决定。
DEMO
需求描述
给一个i2c编写驱动，i2c提供一些接口给userspace使用
添加设备树结点
// SoC上的i2c控制器的地址
i2c@138B0000 {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
samsung,i2c-sda-delay = <100>;
samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>;
pinctrl-0 =<&i2c5_bus>;
pinctrl-names="default";
// 这个一定要okay，其实是对"./arch/arm/boot/dts/exynos4.dtsi +387"处的status = "disabled"的重写，
// 相同的节点的不同属性信息都会被合并，相同节点的相同的属性会被重写
status="okay";
// 设备子节点，/表示板子，它的子节点node1表示SoC上的某个控制器，
// 控制器中的子节点node2表示挂接在这个控制器上的设备(们)。68即是设备地址。
// 父结点是一个i2c总线，在此处定义i2c设备，设备i2c客户端自动和总线关联；
// 否则，多个总线，设备i2c客户端驱动如何和总线关联？(待学习了解)
mpu6050@68{
// 这个属性就是我们和驱动匹配的钥匙，一个字符都不能错
compatible="invensense,mpu6050";
// 这个属性是从设备的地址，我们可以通过查阅手册"MPU-6050_DataSheet_V3_4"得到
reg=<0x68>;
};
};
驱动实现
//mpu6050_common.h
#define MPU6050_MAGIC 'K'
union mpu6050_data
{
struct {
short x;
short y;
short z;
}accel;
struct {
short x;
short y;
short z;
}gyro;
unsigned short temp;
};
#define GET_ACCEL _IOR(MPU6050_MAGIC, 0, union mpu6050_data)
#define GET_GYRO _IOR(MPU6050_MAGIC, 1, union mpu6050_data)
#define GET_TEMP _IOR(MPU6050_MAGIC, 2, union mpu6050_data)
//mpu6050_drv.h
#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺仪采样率，典型值：0x07(125Hz)
#define CONFIG 0x1A //低通滤波频率，典型值：0x06(5Hz)
#define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺仪自检及测量范围，典型值：0x18(不自检，2000deg/s)
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速计自检、测量范围及高通滤波，典型值：0x18(不自检，2G，5Hz)
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47 //陀螺仪z轴角速度数据寄存器（高位）
#define GYRO_ZOUT_L 0x48 //陀螺仪z轴角速度数据寄存器（低位）
#define PWR_MGMT_1 0x6B //电源管理，典型值：0x00(正常启用)
#define WHO_AM_I 0x75 //IIC地址寄存器(默认数值0x68，只读)
#define SlaveAddress 0x68 //MPU6050-I2C地址寄存器
#define W_FLG 0
#define R_FLG 1
//mpu6050.c
struct mpu6050_pri {
struct cdev dev;
struct i2c_client *client;
};
struct mpu6050_pri dev;
static void mpu6050_write_byte(struct i2c_client *client,const unsigned char reg,const unsigned char val)
{
char txbuf[2] = {reg,val};
struct i2c_msg msg[2] = {
[0] = {
.addr = client->addr,
.flags= W_FLG,
.len = sizeof(txbuf),
.buf = txbuf,
},
};
i2c_transfer(client->adapter, msg, ARRAY_SIZE(msg));
}
static char mpu6050_read_byte(struct i2c_client *client,const unsigned char reg)
{
char txbuf[1] = {reg};
char rxbuf[1] = {0};
struct i2c_msg msg[2] = {
[0] = {
.addr = client->addr,
.flags = W_FLG,
.len = sizeof(txbuf),
.buf = txbuf,
},
[1] = {
.addr = client->addr,
.flags = I2C_M_RD,
.len = sizeof(rxbuf),
.buf = rxbuf,
},
};
i2c_transfer(client->adapter, msg, ARRAY_SIZE(msg));
return rxbuf[0];
}
static int dev_open(struct inode *ip, struct file *fp)
{
return 0;
}
static int dev_release(struct inode *ip, struct file *fp)
{
return 0;
}
static long dev_ioctl(struct file *fp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int res = 0;
union mpu6050_data data = {{0}};
switch(cmd){
case GET_ACCEL:
data.accel.x = mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_XOUT_L);
data.accel.x|= mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_XOUT_H)<<8;
data.accel.y = mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_YOUT_L);
data.accel.y|= mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_YOUT_H)<<8;
data.accel.z = mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_ZOUT_L);
data.accel.z|= mpu6050_read_byte(dev.client,ACCEL_ZOUT_H)<<8;
break;
case GET_GYRO:
data.gyro.x = mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_XOUT_L);
data.gyro.x|= mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_XOUT_H)<<8;
data.gyro.y = mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_YOUT_L);
data.gyro.y|= mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_YOUT_H)<<8;
data.gyro.z = mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_ZOUT_L);
data.gyro.z|= mpu6050_read_byte(dev.client,GYRO_ZOUT_H)<<8;
printk("gyro:x %d, y:%d, z:%d\n",data.gyro.x,data.gyro.y,data.gyro.z);
break;
case GET_TEMP:
data.temp = mpu6050_read_byte(dev.client,TEMP_OUT_L);
data.temp|= mpu6050_read_byte(dev.client,TEMP_OUT_H)<<8;
printk("temp: %d\n",data.temp);
break;
default:
printk(KERN_INFO "invalid cmd");
break;
}
printk("acc:x %d, y:%d, z:%d\n",data.accel.x,data.accel.y,data.accel.z);
res = copy_to_user((void *)arg,&data,sizeof(data));
return sizeof(data);
}
// 初始化文件系统设备操作接口
struct file_operations fops = {
.open = dev_open,
.release = dev_release,
.unlocked_ioctl = dev_ioctl,
};
#define DEV_CNT 1
#define DEV_MI 0
#define DEV_MAME "mpu6050"
struct class *cls;
dev_t dev_no ;
static void mpu6050_init(struct i2c_client *client)
{
mpu6050_write_byte(client, PWR_MGMT_1, 0x00);
mpu6050_write_byte(client, SMPLRT_DIV, 0x07);
mpu6050_write_byte(client, CONFIG, 0x06);
mpu6050_write_byte(client, GYRO_CONFIG, 0x18);
mpu6050_write_byte(client, ACCEL_CONFIG, 0x0);
}
static int mpu6050_probe(struct i2c_client * client, const struct i2c_device_id * id)
{
dev.client = client;
printk(KERN_INFO "xj_match ok\n");
// 初始化设备文件系统
cdev_init(&dev.dev,&fops);
alloc_chrdev_region(&dev_no,DEV_MI,DEV_CNT,DEV_MAME);
cdev_add(&dev.dev,dev_no,DEV_CNT);
// 设备初始化
mpu6050_init(client);
/*自动创建设备文件*/
cls = class_create(THIS_MODULE,DEV_MAME);
device_create(cls,NULL,dev_no,NULL,"%s%d",DEV_MAME,DEV_MI);
printk(KERN_INFO "probe\n");
return 0;
}
static int mpu6050_remove(struct i2c_client * client)
{
device_destroy(cls,dev_no);
class_destroy(cls);
unregister_chrdev_region(dev_no,DEV_CNT);
return 0;
}
struct of_device_id mpu6050_dt_match[] = {
{.compatible = "invensense,mpu6050"},
{},
};
// 设备驱动注册到总线
struct i2c_device_id mpu6050_dev_match[] = {};
struct i2c_driver mpu6050_driver = {
.probe = mpu6050_probe,
.remove = mpu6050_remove,
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "mpu6050drv",
.of_match_table = of_match_ptr(mpu6050_dt_match),
},
.id_table = mpu6050_dev_match,
};
module_i2c_driver(mpu6050_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");
在代码实现中把文件系统设备实现和设备驱动实现混合在一起，个人加以分开实现，利于代码重用和设备驱动替换和多方案切换。
验证
通过上面的驱动, 我们可以在应用层操作设备文件从mpu6050寄存器中读取原始数据, 应用层如下
int main(int argc, char * const argv[])
{
int fd = open(argv[1],O_RDWR);
if(-1== fd){
perror("open");
return -1;
}
union mpu6050_data data = {{0}};
while(1){
ioctl(fd,GET_ACCEL,&data);
printf("acc:x %d, y:%d, z:%d\n",data.accel.x,data.accel.y,data.accel.z);
ioctl(fd,GET_GYRO,&data);
printf("gyro:x %d, y:%d, z:%d\n",data.gyro.x,data.gyro.y,data.gyro.z);
ioctl(fd,GET_TEMP,&data);
printf("temp: %d\n",data.temp);
sleep(1);
}
return 0;
}
最终可以获取传感器的原始数据如下
说明： 以上demo是借鉴 https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6500540.html 的，在实际开发中个人也有实现，代码不在写该篇博客的电脑中，就借用了大神代码。
GitHub 加速计划 / li / linux-dash
10.39 K
1.2 K
下载
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最近提交(Master分支：2 个月前 )
186a802e
added ecosystem file for PM2 4 年前
5def40a3
Add host customization support for the NodeJS version 4 年前
旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境，以支持学习、使用和贡献开源项目。
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