【Linux驱动开发】使用异步通知来实现定时器非阻塞延时（实现应用层的定时器回调）

【Linux驱动开发】使用异步通知来实现定时器非阻塞延时（实现应用层的定时器回调）

前文：
【Linux驱动开发】timer库下的jiffies时间戳和延时驱动编写
【Linux驱动开发】驱动中的信号 异步通知开发
gitee地址：

https://gitee.com/Mike_Zhou_Admin/Linux_Driver_Timestamp_Driver/

更新以gitee为准

非阻塞延时

我们在先前通过timer下的函数库实现了阻塞延时
通过iotcl调用延时函数时 应用层会被阻塞

为了实现非阻塞延时 我们常在单片机开发中用定时器实现
并且定时器中断中输出延时结束的信号

使用异步通知来用驱动往应用层发送信号 即可实现非阻塞延时的中断效果

另外 异步通知也可以用在其他中断中 可以往应用层发送结果

定时器

使用定时器时 mod_timer函数开启定时器
开启的定时器不能自动重载
如果要自动重装 需要在定时器回调中重新调用mod_timer开启

同样 我们可以使用iotcl函数来控制定时器
使用非阻塞定时器时 记得上锁
否则可能会出现错乱

case 0x10:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg*1000));
            break;
        }
        case 0x11:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }
         case 0x12:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + usecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }
         case 0x13:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + nsecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }

在定时器回调中解锁即可

static void timer_callback(struct timer_list *arg)
{
    // printk("Timer Callback\n");
    kill_fasync(&Timestamp_Driver.async_queue, SIGIO, POLL_IN);
    mutex_unlock(&Timestamp_Driver.lock);
}

异步通知

驱动的异步通知很简单
初始化后 每次在定时器回调中发出信号即可
但首先要实现fasync函数

static int Timestamp_Driver_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
    return fasync_helper(fd, filp, on, &((Timestamp_Driver_dev*)(filp->private_data))->async_queue);
}

且在fops中声明

.fasync = Timestamp_Driver_fasync,

关闭设备时也要调用：

static int Timestamp_Driver_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    // printk("Driver Close\n");
return Timestamp_Driver_fasync(-1, filp, 0);;
}

驱动封装

代码如下：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/interrupt.h>

#define Timestamp_Driver_NUM          0
#define Timestamp_Driver_CNT1  /* 设备号个数 */
#define Timestamp_Driver_NAME"Timestamp_Driver"/* 名字 */

typedef struct
{
dev_t devid;/* 设备号  */
struct cdev cdev;/* cdev */
struct class *class;/* 类 */
struct device *device;/* 设备  */
int major;/* 主设备号  */
int minor;/* 次设备号   */
    unsigned long long int Current_Offset;
    struct timer_list timer;
    struct mutex lock;
    struct fasync_struct *async_queue;
}Timestamp_Driver_dev;

Timestamp_Driver_dev Timestamp_Driver;

static void timer_callback(struct timer_list *arg)
{
    // printk("Timer Callback\n");
    kill_fasync(&Timestamp_Driver.async_queue, SIGIO, POLL_IN);
    mutex_unlock(&Timestamp_Driver.lock);
}

static int Init_Timestamp_Driver(unsigned char EnableNotDisable)
{
    if(EnableNotDisable)
    {
        mutex_init(&Timestamp_Driver.lock);
        mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
        timer_setup(&Timestamp_Driver.timer, timer_callback, 0);
        mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));
        printk("Driver Init\n");
    }
    else
    {
        mutex_unlock(&Timestamp_Driver.lock);
        del_timer_sync(&Timestamp_Driver.timer);
        printk("Driver UnInit\n");
    }

    return 0;
}

static loff_t Timestamp_Driver_llseek(struct file *filp, loff_t offt,  int cnt)
{
    ((Timestamp_Driver_dev*)(filp->private_data))->Current_Offset = offt;
return 0;
}

static int Timestamp_Driver_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    Timestamp_Driver.Current_Offset=0;
filp->private_data = &Timestamp_Driver; /* 设置私有数据 */
    // printk("Driver Open\n");
return 0;
}

static ssize_t Timestamp_Driver_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    return jiffies_to_msecs(jiffies);
}

static ssize_t Timestamp_Driver_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    return 0;
}

static long Timestamp_Driver_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch (cmd)
    {
        case 0x00:
        {
            while(arg--)
            {
                mdelay(1000);
            }
            break;
        }
        case 0x01:
        {
            mdelay(arg);
            break;
        }
        case 0x02:
        {
            udelay(arg);
            break;
        }
        case 0x03:
        {
            ndelay(arg);
            break;
        }
        case 0x10:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg*1000));
            break;
        }
        case 0x11:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }
         case 0x12:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + usecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }
         case 0x13:
        {
            mutex_lock(&Timestamp_Driver.lock);
            mod_timer(&Timestamp_Driver.timer, jiffies + nsecs_to_jiffies(arg));
            break;
        }
        default:
        {
            return 0;
        }
       
    }
    
    return cmd;
}

static int Timestamp_Driver_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
    return fasync_helper(fd, filp, on, &((Timestamp_Driver_dev*)(filp->private_data))->async_queue);
}


/*
 * @description: 关闭/释放设备
 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int Timestamp_Driver_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    // printk("Driver Close\n");
return Timestamp_Driver_fasync(-1, filp, 0);;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations Timestamp_Driver_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = Timestamp_Driver_open,
.read = Timestamp_Driver_read,
.write = Timestamp_Driver_write,
.release = Timestamp_Driver_release,
    .llseek = Timestamp_Driver_llseek,
    .unlocked_ioctl = Timestamp_Driver_unlocked_ioctl,
    .fasync = Timestamp_Driver_fasync,
};

static int __init Timestamp_Driver_init(void)
{
    int ret;    

    if (Timestamp_Driver_NUM) 
    {/*  定义了设备号 */
        Timestamp_Driver.major = Timestamp_Driver_NUM;
Timestamp_Driver.devid = MKDEV(Timestamp_Driver.major, 0);
ret = register_chrdev_region(Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT, Timestamp_Driver_NAME);
if(ret < 0) {
pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n",Timestamp_Driver_NAME, Timestamp_Driver_CNT);
return -EIO;
}
} 
    else 
    {/* 没有定义设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&Timestamp_Driver.devid, 0, Timestamp_Driver_CNT, Timestamp_Driver_NAME);/* 申请设备号 */
        if(ret < 0) {
            pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", Timestamp_Driver_NAME, ret);
            return -EIO;
        }
        Timestamp_Driver.major = MAJOR(Timestamp_Driver.devid);/* 获取分配号的主设备号 */
        Timestamp_Driver.minor = MINOR(Timestamp_Driver.devid);/* 获取分配号的次设备号 */
}
    

    printk("Driver major=%d,minor=%d\r\n",Timestamp_Driver.major, Timestamp_Driver.minor);
    Timestamp_Driver.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&Timestamp_Driver.cdev, &Timestamp_Driver_fops);

    ret = cdev_add(&Timestamp_Driver.cdev, Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT);
if(ret < 0)
    {
unregister_chrdev_region(Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT);
        return -EIO;
    }

    Timestamp_Driver.class = class_create(THIS_MODULE, Timestamp_Driver_NAME);
if (IS_ERR(Timestamp_Driver.class)) 
    {
cdev_del(&Timestamp_Driver.cdev);
        unregister_chrdev_region(Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT);
        return -EIO;
}

    Timestamp_Driver.device = device_create(Timestamp_Driver.class, NULL, Timestamp_Driver.devid, NULL, Timestamp_Driver_NAME);
if (IS_ERR(Timestamp_Driver.device)) 
    {
class_destroy(Timestamp_Driver.class);
        cdev_del(&Timestamp_Driver.cdev);
        unregister_chrdev_region(Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT);
        return -EIO;
}

    Init_Timestamp_Driver(1);
    return 0;
}

static void __exit Timestamp_Driver_exit(void)
{
    Init_Timestamp_Driver(0);
    cdev_del(&Timestamp_Driver.cdev);/*  删除cdev */
unregister_chrdev_region(Timestamp_Driver.devid, Timestamp_Driver_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(Timestamp_Driver.class, Timestamp_Driver.devid);
class_destroy(Timestamp_Driver.class);
}

module_init(Timestamp_Driver_init);
module_exit(Timestamp_Driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("MIKE_ZHOU");
MODULE_INFO(intree, "Y");

运行测试

测试APP如下：

#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
int fd;
static void sigio_signal_func(int signum)
{
    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
}

int main(int argc, char *argv[])
{
int ret;
fd = open("/dev/Timestamp_Driver", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Can't open file \r\n");
return -1;
}   
    signal(SIGIO, sigio_signal_func);

    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());// 将当前进程的进程号告诉给内核
    //flags = fcntl(fd, F_GETFD);// 获取当前的进程状态
    fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFD) | FASYNC);// 设置进程启用异步通知功能

    printf("0.5s test \n");
    ioctl(fd, 1, 500);
    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
    printf("0.5s test \n");
    ioctl(fd, 1, 500);
    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
    printf("2s test \n");
    ioctl(fd, 0, 2);
    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
    printf("2s test \n");
    ioctl(fd, 0, 2);
    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
    printf("test done\n");

    printf("Block Delay Done\n");

    printf("timestamp: %d\n",read(fd, NULL, 0));
    printf("0.5s test \n");
    ioctl(fd, 0x11, 500);
    printf("0.5s test \n");
    ioctl(fd, 0x11, 500);
    printf("2s test \n");
    ioctl(fd, 0x10, 2);
    printf("2s test \n");
    ioctl(fd, 0x10, 2);
    printf("2s test \n");

close(fd);
}

运行效果

前面几次都是阻塞延时

阻塞延时测试完毕后 输出一次时间戳为-90540

然后开启非阻塞延时测试

在收到信号后 再次打印时间戳

可以看到 第一次输出0.5测试时 还没等到500ms结束 就再次调用了下一个0.5测试函数
即非阻塞

但由于上了线程锁 所以就阻塞了

信号发出、print打印、解锁上锁都需要时间 每次时间戳的打印与基本的阻塞延时而言 有些许差距

但在驱动层 用printk打印 则是一致的

附录：嵌入式Linux驱动开发基本步骤

开发环境

首先需要交叉编译器和Linux环境
这里如果是ARM内核 则需要采用ARM的交叉编译器编译器：

arm-none-linux-gnueabihf-gcc

同时需要目标ARM板子的Linux系统内核环境
并编译内核：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- stm32mp1_atk_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- uImage vmlinux dtbs LOADADDR=0xC2000040 -j4
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- stm32mp1_atk_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf- modules -j4

如果是第一次编译 则可能有所不同 需要根据实际手册来

以下是我编译好 打包好的虚拟机

通过百度网盘分享的文件：适用于STM32MP135开发板的开发环境虚拟机
链接：https://pan.baidu.com/s/1Sf_wk2gEPj0JlQ7X_rpQcg 
提取码：d9sj

驱动文件

对于已完成的驱动开发 需要进行编译后进行安装
所有驱动文件在开发上都需要进行驱动入口和出口开发
譬如需要编写驱动入口和退出函数

static int __init xxx_init(void)
static void __exit xxx_exit(void)

然后再模块注册 需要调用到以下函数：

module_init(xxx_init); //注册模块加载函数
module_exit(xxx_exit); //注册模块卸载函数

最后在结尾添加作者和许可信息

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
MODULE_INFO(intree, "Y");

为了欺骗内核，给本驱动添加 intree 标记，如果不加就会有“loading out-of-tree module taints kernel.”这个警告。
然后才能编译驱动

编译驱动

编译前要配置环境变量：

source /etc/profile

需要先在此文件中 指定环境所在目录
Makefile

KERNELDIR := /home/alientek/linux/atk-mp135/linux/my_linux/linux-5.15.24
CURRENT_PATH := $(shell pwd)

obj-m := test.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules

clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf-

安装驱动

将编译好的驱动推荐放置到ARM板子的/lib/modules/<kernel-version>目录下

加载驱动：
insmod test.ko 或 modprobe test
建议用modprobe 原因是可以解决依赖关系

查看已安装的模块：
使用lsmod或cat /proc/devices查看 其中 还能看到已安装的驱动设备号（新安装的不能重复）

创建设备节点文件：（如果自动创建就不需要）

mknod /dev/test c 200 0

查看节点文件：

ls /dev/test -l

最后如果不需要了 则卸载
卸载模块：
rmmod test 或 modprobe -r test

自动创建设备节点文件

使用udev 或 mdev即可实现自动创建
如果要使用 则在驱动开发中写入到驱动入口函数中
（一般在 cdev_add 函数后面添加自动创建设备节点相关代码 一些具体的变量和说明见后文新字符驱动开发）
完成开发后 安装驱动时就自动帮你创建好驱动设备节点文件

否则就需要手动去添加

首先要创建一个 class 类，class 是个结构体，定义在文件include/linux/device/class.h 里面。class_create 是类创建函数，class_create 是个宏定义

struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)

class_create 一共有两个参数，参数 owner 一般为 THIS_MODULE，参数 name 是类名字
卸载驱动程序的时候需要删除掉类，类删除函数为 class_destroy，函数原型如下：

void class_destroy(struct class *cls);

然后使用 device_create 函数在类下面创建设备

device_create(struct class *cls,
 struct device *parent,
 dev_t devt,
 void *drvdata,
 const char *fmt, ...);

参数 cls 就是设备要创建哪个类下面；参数 parent 是父设备，一般为 NULL，也就是没有父设备；参数 devt 是设备号；参数 drvdata 是设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL；参数 fmt 是设备名字，如果设置 fmt=xxx 的话，就会生成/dev/xxx 这个设备文件。
卸载则调用：

void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);

如在已知设备号的情况下进行注册：

struct class *class; /* 类 */ 
struct device *device; /* 设备 */
dev_t devid; /* 设备号 */ 

/* 驱动入口函数 */
 static int __init xxx_init(void)
{
 /* 创建类 */
class = class_create(THIS_MODULE, "xxx");
/* 创建设备 */
device = device_create(class, NULL, devid, NULL, "xxx");
return 0;
}

/* 驱动出口函数 */
 static void __exit led_exit(void)
{
 /* 删除设备 */
 device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
 /* 删除类 */
class_destroy(newchrled.class);
 }

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

以上这些设备号、类、驱动等变量太多 可以用一个结构体来表示

/* 设备结构体 */
struct test_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
};

通过将此结构体写入到驱动文件的私有变量中 即可使开发变得安全、规范
如：

struct test_dev testdev;

 /* open 函数 */
static int test_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &testdev; /* 设置私有数据 */
return 0;
}

驱动开发

通过开发字符驱动等设备 编译成驱动*.ko文件 然后安装后即可调用

驱动设备号

驱动主要有主设备号 次设备号和驱动名
可以自定义 也可以自动申请
自定义的话 主设备号不能用冲突

查看已安装的模块：
使用lsmod或cat /proc/devices查看 其中 还能看到已安装的驱动设备号（新安装的不能重复）

如果不采用分配的方式进行 直接自定义的话 就不需要看这一节下面的内容了
但如果要分配设备号的话 这里引入dev_t类型的设备号变量：

动态分配则用以下函数申请：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

函数 alloc_chrdev_region 用于申请设备号，此函数有 4 个参数：
dev：保存申请到的设备号。
baseminor：次设备号起始地址，alloc_chrdev_region 可以申请一段连续的多个设备号，这
些设备号的主设备号一样，但是次设备号不同，次设备号以 baseminor 为起始地址地址开始递
增。一般 baseminor 为 0，也就是说次设备号从 0 开始。
count：要申请的设备号数量。
name：设备名字。
注销字符设备之后要释放掉设备号，设备号释放函数如下：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

或者采用以下两个函数都能来进行申请 第二个函数首先得是确定了主设备号的

//无设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
//给定了设备号
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

如：

int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
dev_t devid; /* 设备号 */
 
 if (major) { /* 定义了主设备号 */
 devid = MKDEV(major, 0); /* 大部分驱动次设备号都选择 0*/
register_chrdev_region(devid, 1, "test");
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */
 major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */
 minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */
 }

如果 major 有效的话就使用 MKDEV 来构建设备号，次设备号选择 0。
如果 major 无效，那就表示没有给定设备号。此时就要使用 alloc_chrdev_region
函数来申请设备号。设备号申请成功以后使用 MAJOR 和 MINOR 来提取出主设备号和次设备
号

注销字符设备之后要释放掉设备号 则是调用：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

直接传入设备号数量即可

地址映射，虚拟内存和硬件内存地址

Linux设备如果最后要操作寄存器进行开发的话 不可避免的会使用内核寄存器
Linux设备如今大多已支持直接从硬件地址读写 但不建议直接采用
对于安装了MMU的设备 可以通过MMU映射到虚拟内存地址 然后对虚拟内存读写后内核则进行物理地址操作
ioremap 函数用于获取指定物理地址空间对应的虚拟地址空间

void __iomem *ioremap(resource_size_t res_cookie, size_t size);

卸载则用：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)

Linux设备最好是通过虚拟内存来访问 并且用以下的几组函数来操作内存
使用 ioremap 函数将寄存器的物理地址映射到虚拟地址以后，我们就可以直接通过指针访问这些地址，但是 Linux 内核不建议这么做，而是推荐使用一组操作函数来对映射后的内存进行读写操作。
读：

 u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
 u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
 u32 readl(const volatile void __iomem *addr)

写：

 void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
 void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
 void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)

字符驱动

其中 所有的外设、驱动等 都可以用字符驱动来开发 但不一定方便
因为字符驱动只能进行简单的打开 销毁 读写等
虽然本质上驱动的开发也是寄存器的读写 但用字符设备还是限制性很大

字符驱动可以实现open close write read等操作
另外字符驱动的文件结构体file中
有一个private_data变量 也就是私有变量 可以在初始化时将一些外部参数初始化成该变量存入

设置好好以后 就可以在在 write、read、close 等函数中直接读取 private_data即可得到设备结构体

旧字符驱动

字符驱动就是file文件驱动 在应用层用open read write close等函数来操作
字符驱动注册和注销需要：

static inline int register_chrdev(unsigned int major, 
const char *name,
const struct file_operations *fops)
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, 
const char *name)

需要编写驱动入口和退出函数

static int __init xxx_init(void)
static void __exit xxx_exit(void)

然后再模块注册 需要调用到以下函数：

module_init(xxx_init); //注册模块加载函数
module_exit(xxx_exit); //注册模块卸载函数

在驱动入口和退出函数中调用register_chrdev和unregister_chrdev函数进行字符驱动的注册与注销
其中 注册时需要传参设备号、名称和file_operations结构体
结构体中需要指定函数名称 该结构体下全是回调函数（函数指针）但也不是全部都要写 不过必须得几项必须要填
如：

static struct file_operations test_fops = {
 .owner = THIS_MODULE, 
.open = chrtest_open,
.read = chrtest_read,
 .write = chrtest_write,
.release = chrtest_release,
};

另外 在write和read函数中 用户不得直接访问内存空间 所以要借助copy_from_user和copy_to_user来进行操作

最后在结尾添加作者和许可信息

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
MODULE_INFO(intree, "Y");

为了欺骗内核，给本驱动添加 intree 标记，如果不加就会有“loading out-of-tree module taints kernel.”这个警告。
完整的代码如：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名: chrdevbase.c
作者  : 正点原子
版本   : V1.0
描述   : chrdevbase驱动文件。
其他   : 无
论坛    : www.openedv.com
日志   : 初版V1.0 2020/12/26 正点原子创建
***************************************************************/

#define CHRDEVBASE_MAJOR200/* 主设备号 */
#define CHRDEVBASE_NAME"chrdevbase" /* 设备名     */

static char readbuf[100];/* 读缓冲区 */
static char writebuf[100];/* 写缓冲区 */
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};

/*
 * @description: 打开设备
 * @param - inode : 传递给驱动的inode
 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 *   一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//printk("chrdevbase open!\r\n");
return 0;
}

/*
 * @description: 从设备读取数据 
 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt : 要读取的数据长度
 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
 */
static ssize_t chrdevbase_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue = 0;

/* 向用户空间发送数据 */
memcpy(readbuf, kerneldata, sizeof(kerneldata));
retvalue = copy_to_user(buf, readbuf, cnt);
if(retvalue == 0){
printk("kernel senddata ok!\r\n");
}else{
printk("kernel senddata failed!\r\n");
}

//printk("chrdevbase read!\r\n");
return 0;
}

/*
 * @description: 向设备写数据 
 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt : 要写入的数据长度
 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t chrdevbase_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue = 0;
/* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
retvalue = copy_from_user(writebuf, buf, cnt);
if(retvalue == 0){
printk("kernel recevdata:%s\r\n", writebuf);
}else{
printk("kernel recevdata failed!\r\n");
}

//printk("chrdevbase write!\r\n");
return 0;
}

/*
 * @description: 关闭/释放设备
 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//printk("chrdevbase release！\r\n");
return 0;
}

/*
 * 设备操作函数结构体
 */
static struct file_operations chrdevbase_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = chrdevbase_open,
.read = chrdevbase_read,
.write = chrdevbase_write,
.release = chrdevbase_release,
};

/*
 * @description: 驱动入口函数 
 * @param : 无
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int __init chrdevbase_init(void)
{
int retvalue = 0;

/* 注册字符设备驱动 */
retvalue = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME, &chrdevbase_fops);
if(retvalue < 0){
printk("chrdevbase driver register failed\r\n");
}
printk("chrdevbase init!\r\n");
return 0;
}

/*
 * @description: 驱动出口函数
 * @param : 无
 * @return : 无
 */
static void __exit chrdevbase_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);
printk("chrdevbase exit!\r\n");
}

/* 
 * 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 
 */
module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);

/* 
 * LICENSE和作者信息
 */
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
MODULE_INFO(intree, "Y");

然后就可以开始编译

新字符驱动

新字符驱动可以自动生成设备树文件等 比较方便 开发的方式大同小异
在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备，cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中
的定义如下：
示例代码 9.1.2.1 cdev 结构体

struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
} __randomize_layout;

可以看到 里面包含了file_operations 结构体 以及dev_t 变量等等
定义了cdev变量后 需要进行初始化

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

这里就需要传参file_operations变量了
这两个结构体的.owner都要为THIS_MODULE
如：

 struct cdev testcdev;

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations test_fops = {
 .owner = THIS_MODULE,
 /* 其他具体的初始项 */
 };
 
testcdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&testcdev, &test_fops); 
cdev_add(&testcdev, devid, 1);

初始化后 使用以下函数往cdev中添加dev设备号变量
这里要注意 虽然cdev中有dev变量 但不能直接赋值 需要使用cdev_add函数来添加
事实上 无论是写入dev还是读取dev 都不可直接在cdev中进行操作
（如果是C++ 就可以规定私有属性了 但C语言这里不行）

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

卸载时则需要删除cdev

void cdev_del(struct cdev *p)

同时也要用unregister_chrdev_region函数去注销外部的dev变量

加上自动创建设备树等功能 则完整代码为：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名: newchrled.c
作者  : 正点原子
版本   : V1.0
描述   : LED驱动文件。
其他   : 无
论坛    : www.openedv.com
日志   : 初版V1.0 2020/11/24 正点原子团队创建
***************************************************************/
#define NEWCHRLED_CNT1  /* 设备号个数 */
#define NEWCHRLED_NAME"newchrled"/* 名字 */
#define LEDOFF 0/* 关灯 */
#define LEDON 1/* 开灯 */
 
/* 寄存器物理地址 */
#define PERIPH_BASE          (0x40000000)
#define MPU_AHB4_PERIPH_BASE(PERIPH_BASE + 0x10000000)
#define RCC_BASE            (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0x0000)
#define RCC_MP_AHB4ENSETR(RCC_BASE + 0XA28)
#define GPIOI_BASE(MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0xA000)
#define GPIOI_MODER          (GPIOI_BASE + 0x0000)
#define GPIOI_OTYPER          (GPIOI_BASE + 0x0004)
#define GPIOI_OSPEEDR          (GPIOI_BASE + 0x0008)
#define GPIOI_PUPDR          (GPIOI_BASE + 0x000C)
#define GPIOI_BSRR          (GPIOI_BASE + 0x0018)

/* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
static void __iomem *MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI;
static void __iomem *GPIOI_MODER_PI;
static void __iomem *GPIOI_OTYPER_PI;
static void __iomem *GPIOI_OSPEEDR_PI;
static void __iomem *GPIOI_PUPDR_PI;
static void __iomem *GPIOI_BSRR_PI;

/* newchrled设备结构体 */
struct newchrled_dev{
dev_t devid;/* 设备号  */
struct cdev cdev;/* cdev */
struct class *class;/* 类 */
struct device *device;/* 设备  */
int major;/* 主设备号  */
int minor;/* 次设备号   */
};

struct newchrled_dev newchrled;/* led设备 */

/*
 * @description: LED打开/关闭
 * @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
 * @return : 无
 */
void led_switch(u8 sta)
{
u32 val = 0;
if(sta == LEDON) {
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
val |= (1 << 19);
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
}else if(sta == LEDOFF) {
val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
val|= (1 << 3);
writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
}
}

/*
 * @description: 取消映射
 * @return : 无
 */
void led_unmap(void)
{
/* 取消映射 */
iounmap(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
iounmap(GPIOI_MODER_PI);
iounmap(GPIOI_OTYPER_PI);
iounmap(GPIOI_OSPEEDR_PI);
iounmap(GPIOI_PUPDR_PI);
iounmap(GPIOI_BSRR_PI);
}

/*
 * @description: 打开设备
 * @param - inode : 传递给驱动的inode
 * @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 *   一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &newchrled; /* 设置私有数据 */
return 0;
}

/*
 * @description: 从设备读取数据 
 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt : 要读取的数据长度
 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
 */
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}

/*
 * @description: 向设备写数据 
 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt : 要写入的数据长度
 * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;

retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}

ledstat = databuf[0];/* 获取状态值 */

if(ledstat == LEDON) {
led_switch(LEDON);/* 打开LED灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
led_switch(LEDOFF);/* 关闭LED灯 */
}
return 0;
}

/*
 * @description: 关闭/释放设备
 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return : 0 成功;其他 失败
 */
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchrled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};

/*
 * @description: 驱动出口函数
 * @param : 无
 * @return : 无
 */
static int __init led_init(void)
{
u32 val = 0;
int ret;

/* 初始化LED */
/* 1、寄存器地址映射 */
    MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI = ioremap(RCC_MP_AHB4ENSETR, 4);
    GPIOI_MODER_PI = ioremap(GPIOI_MODER, 4);
    GPIOI_OTYPER_PI = ioremap(GPIOI_OTYPER, 4);
    GPIOI_OSPEEDR_PI = ioremap(GPIOI_OSPEEDR, 4);
    GPIOI_PUPDR_PI = ioremap(GPIOI_PUPDR, 4);
    GPIOI_BSRR_PI = ioremap(GPIOI_BSRR, 4);

    /* 2、使能PI时钟 */
    val = readl(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
    val &= ~(0X1 << 8); /* 清除以前的设置 */
    val |= (0X1 << 8);  /* 设置新值 */
    writel(val, MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);

    /* 3、设置PI3通用的输出模式。*/
    val = readl(GPIOI_MODER_PI);
    val &= ~(0X3 << 3); /* bit0:1清零 */
    val |= (0X1 << 3);  /* bit0:1设置01 */
    writel(val, GPIOI_MODER_PI);

    /* 3、设置PI3为推挽模式。*/
    val = readl(GPIOI_OTYPER_PI);
    val &= ~(0X1 << 3); /* bit0清零，设置为上拉*/
    writel(val, GPIOI_OTYPER_PI);

    /* 4、设置PI3为高速。*/
    val = readl(GPIOI_OSPEEDR_PI);
    val &= ~(0X3 << 3); /* bit0:1 清零 */
    val |= (0x2 << 3); /* bit0:1 设置为10*/
    writel(val, GPIOI_OSPEEDR_PI);

    /* 5、设置PI3为上拉。*/
    val = readl(GPIOI_PUPDR_PI);
    val &= ~(0X3 << 3); /* bit0:1 清零*/
    val |= (0x1 << 3); /*bit0:1 设置为01*/
    writel(val,GPIOI_PUPDR_PI);

    /* 6、默认关闭LED */
    val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
    val |= (0x1 << 3);
    writel(val, GPIOI_BSRR_PI);


/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (newchrled.major) {/*  定义了设备号 */
newchrled.devid = MKDEV(newchrled.major, 0);
ret = register_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);
if(ret < 0) {
pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n",NEWCHRLED_NAME, NEWCHRLED_CNT);
goto fail_map;
}
} else {/* 没有定义设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME);/* 申请设备号 */
if(ret < 0) {
pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", NEWCHRLED_NAME, ret);
goto fail_map;
}
newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);/* 获取分配号的主设备号 */
newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);/* 获取分配号的次设备号 */
}
printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);

/* 2、初始化cdev */
newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);

/* 3、添加一个cdev */
ret = cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
if(ret < 0)
goto del_unregister;

/* 4、创建类 */
newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
if (IS_ERR(newchrled.class)) {
goto del_cdev;
}

/* 5、创建设备 */
newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);
if (IS_ERR(newchrled.device)) {
goto destroy_class;
}

return 0;

destroy_class:
class_destroy(newchrled.class);
del_cdev:
cdev_del(&newchrled.cdev);
del_unregister:
unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);
fail_map:
led_unmap();
return -EIO;

}

/*
 * @description: 驱动出口函数
 * @param : 无
 * @return : 无
 */
static void __exit led_exit(void)
{
/* 取消映射 */
   led_unmap();
   
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&newchrled.cdev);/*  删除cdev */
unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT); /* 注销设备号 */

device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
class_destroy(newchrled.class);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
MODULE_INFO(intree, "Y");

然后就可以去编译了

应用程序开发

所谓应用程序 就是调用驱动就行各种任务 这里是Linux C应用开发
当然 如果你用Python啥的去调用驱动也可以
应用程序可以对/dev/下的驱动进行读写等操作 前提是已经安装了驱动
开发后 使用一条简单的命令即可编译
测试的应用程序采用open等函数进行驱动操作 写好后执行编译

arm-none-linux-gnueabihf-gcc test_app.c -o test_app

最后进行测试即可

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_53403301/article/details/143947861

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