姓名：李萌怡 学号：19020100103 学院：电子工程学院
转自：https://blog.csdn.net/light_in_dark/article/details/73321105
【嵌牛导读】：对于嵌入式系统的学习来说，学习嵌入式Linux驱动开发是十分重要的环节。本文对嵌入式linux设备系统开发作以简要总结。
【嵌牛鼻子】：寄存器 结构体
【嵌牛提问】：字符设备驱动开发流程有哪些？
【嵌牛正文】
一、Linux设备的分类
字符设备、块设备、网络设备，三种设备之间的区别是数据的交互模式，分别为：
字节流、数据块、数据包。
二、VFS核心结构体
VFS核心结构体定义在”linux/fs.h”头文件中。
1、struct inode结构体
记录文件的属主、访问时间等信息。当第一次打开文件的时候由VFS创建并初始化。当文件的所有引用都退出后，释放inode; 如果用户态有多个人同时打开一个文件，则VFS只需要分配一个inode。
2、struct file结构体
对应用户态的open操作。如果多次打开同一个文件，内核会生成多个file。file中记录文件的打开方式，文件内部指针等。当文件彻底关闭时，释放file。
3、struct file_operations结构体
该结构体包含若干函数指针，这些函数由驱动来实现，并集中到file_operations中，注册到VFS。
驱动一般要实现的函数有：
open
release
read
write
unlocked_ioctl
驱动可能会实现的有：
poll
mmap
fasync
flush
llseek
三、字符设备驱动开发流程
（1）确定硬件信息
要确定硬件的数量，物理地址，中断号等信息；
（2）为要支持的设备准备一个私有结构体
内核并不要求必须有私有结构体，但如果驱动支持多个设备，最好设计一个。私有结构体完全由驱动人员自行设计，一般来说，会把和设备相关的信息写入该结构体，比如设备的地址等。
（3）为要支持的每个设备分配对应的设备号
设备号由char驱动分配，要求唯一。一般来说，如果char驱动可支持多个类似的设备，则应该为这些设备选择一个主设备号，然后为每个设备选择一个特定的次设备号。尽量挑选和其他驱动不一样的主设备号。可以看/proc/devices，文件中记录了其他驱动选择的主设备号；也可以向内核申请，由内核分配一个主设备号。
#define DEV_MAJOR 50
...
dev_id = MKDEV(DEV_MAJOR, 0);
（4）准备file_operations结构体
函数集中包括open/release/read/write/unlocked_ioctl等函数，如果驱动支持多个设备，在函数中必须能区分自己访问的是哪个设备。
static struct file_operations mem_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.unlocked_ioctl = mem_ioctl,
};
（5）注册设备
方法一：
利用cdev结构体，将设备号和file_operations注册到VFS。一般来说，将cdev结构体包含到私有结构体中。采用cdev注册的设备，不会自动创建设备文件。
cdev_init(&mem_cdev, &mem_fops);
cdev_add(&mem_cdev, dev_id, 1);
cdev_del(&mem_cdev); //注销cdev
方法二：
注册miscdevice（用misc代替cdev注册，可以自动创建设备文件）
这种情况下不需要定义主设备号，即省去#define DEV_MAJOR 50，同时需要用头文件”linux/miscdevice.h”代替”linux/cdev.h”头文件。
static struct miscdevice mem_miscdev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = "mem", //对应/dev/mem设备文件
.fops = &mem_fops,
};
ret = misc_register(&mem_miscdev); //注册miscdevice
misc_deregister(&mem_miscdev); //注销miscdevice
cdev和miscdevice比较：
（1）cdev可以实现同一个驱动对应多个设备，而miscdevice只能实现一个驱动对应一个设备；
（2）cdev不能实现设备文件的自动创建，而miscdevice可以实现设备文件的自动创建。
上述的过程比较适合较简单的设备，比如看门狗，led灯，各种传感器等。较复杂设备的char驱动，常常要利用内核提供的驱动子系统代码进行设计。
四、如何在linux驱动中访问寄存器（SFR）
1、片内外设（pripheral）
（1）基于三总线访问
（2）用寄存器控制
（3）寄存器有物理地址，可通过手册查到，不可更改
2、片外外设
（1）很少通过三总线相连，一般是通过UART,CAN,I2C,USB,SPI,MIPI,I2S,AC97等总线相连。主芯片内部必须提供对应的控制器：内部的控制器 <–> 外部的外设
（2）片外外设基本都是智能设备(不但有硬件，还有软件)
（3）有些片外外设通过寄存器控制，有些则通过命令控制
（4）如果用寄存器控制，寄存器没有物理地址，只有偏移。
（5）要控制片外外设，需要首先了解对应的总线
3、访问寄存器的流程
由于linux使能了MMU，因此对于驱动来说，不能直接使用寄存器的物理地址，必须将其映射为虚拟地址才可以使用。
（1）定义寄存器物理基地址以及寄存器的偏移
#define GPIO_BASE 0x11000000
#define GPIO_SIZE 0x1000 //0x8
#define GPM4CON 0x2E0 //偏移地址
#define GPM4DAT 0x2E4 //偏移地址
GPIO_SIZE为寄存器的范围，可以按照使用的寄存器的总大小进行计算，比如用了两个寄存器，范围是0x8；但由于地址映射的最小单位是4K，因此小于4K的值都是可以的。
（2）将寄存器物理地址映射到虚拟地址，如果映射不成功，则无法访问寄存器
static void __iomem *vir_base;
vir_base = ioremap(GPIO_BASE, GPIO_SIZE);
if (!vir_base) {
printk("Cannot ioremap\n");
return -EIO;
（3）访问寄存器，一般采用基地址加偏移的模式，内核根据寄存器的大小，提供了一系列函数
8位寄存器的访问
char value;
value = readb(vir_base + offset);
writeb(value, (vir_base + offset));
16位寄存器的访问
short value;
value = readw(vir_base + offset);
writew(value, (vir_base + offset));
32位寄存器的访问
int value;
value = readl(vir_base + offset);
writel(value, (vir_base + offset));
64位寄存器的访问
u64 value;
value = readq(vir_base + offset);
writeq(value, (vir_base + offset));
（4）取消寄存器的映射
iounmap(vir_base);
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