（七）linux函数接口的使用

前面我们讲解了字符设备的驱动模型，有了前面的基础后，今天学习函数接口就比较容易了

思考一个问题：当我们应用层调用open、read、write、close的时候，内核层是如何实现的呢？
前面学习字符设备驱动模型中有一个file_operation结构体，当我们调用open函数的时候，内核会调用file_operation结构体的open函数指针指向的函数。

我们来看一下file_operation结构体的样子：

struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);  //llseek对应了系统提供的lseek接口，实现函数指针位置的定位ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);//当用户层调用系统层提供的read接口的时候需要通过此函数指针所指向的接口来实现对应的操作ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);//当用户层调用系统层提供的write接口的时候需要通过此函数指针所指向的接口来实现对应的操作unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);//  当需要进行轮询操作的时候调用的底层接口，对应了系统层的select和pollint (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);//struct inode *：内核内部用来标识文件的数据结构  int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);
};

（一）open函数接口

系统层接口：

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//O_CREAT//O_NONBLOCK or O_NDELAY

内核层接口：

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

struct inode ：内核中用来标识文件的数据结构,此数据结构的成员无需程序员手动赋值，而是内核中已经赋予了与文件相对应的操作值
struct file *：该结构体标识了一个打开的文件，系统会为每一个打开的文件关联一个struct file 数据结构，是在内核打开文件的同时，将该参数传递到和文件操作相关的所有需要该参数的接口中

（二）read函数接口

系统层：

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

内核层：

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

read接口可以直接将内核空间的数据传递到用户空间，但是一般在开发驱动的过程中不会直接采用这种方式，原因是本操作需要两个空间地址，即用户空间和内核空间，用户空间直接操作内核地址是非常危险的,常用copy_to_user和copy_from_user进行用户空间和内核空间交换数据。

（三）lseek函数接口

系统层：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

内核层：

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

struct file *：文件结构体
loff_t：上层传递的偏移量
int ：文件光标定位状态

SEEK_SET:将光标定位在文件的开头，此时loff_t的值为正数
SEEK_CUR:将光标定位在当前位置，此时loff_t的值为可正可负
SEEK_EDN:将光标定位在文件的结尾，此时loff_t的值为负数

在这里面可以实现文件偏移操作，例如：

loff_t cdev_lseek(struct file *fp, loff_t offset, int whence)
{//获取偏移量需要offset和whence结合loff_t newoff=0;switch(whence){case SEEK_SET: newoff=offset;break;case SEEK_CUR: newoff=fp->f_pos+offset;break;case SEEK_END: newoff=offset+4;break;}if(newoff >4)newoff=4;if(newoff<0)newoff=0;fp->f_pos = newoff;return newoff;}

（四）用户空间和用户空间交换数据

copy_to_user：将内核空间的数据拷贝到用户空间

static inline long copy_to_user(void __user *to,const void *from, unsigned long n)
{to：用户空间的地址from：内核空间的地址n:传递数据的大小 might_sleep();#define VERIFY_WRITE 1if (access_ok(VERIFY_WRITE, to, n))return __copy_to_user(to, from, n);elsereturn n;
}

copy_from_user:将用户空间的数据拷贝到内核空间

static inline long copy_from_user(void *to,const void __user * from, unsigned long n)
{might_sleep();if (access_ok(VERIFY_READ, from, n))return __copy_from_user(to, from, n);elsereturn n;
}

（五）通过设备节点提取设备号

//通过设备节点提取次设备号
static inline unsigned iminor(const struct inode *inode)
{return MINOR(inode->i_rdev);
}
//通过设备节点提取次主设备号
static inline unsigned imajor(const struct inode *inode)
{return MAJOR(inode->i_rdev);
}

（六）映射ioremap

程序中在操作物理硬件地址的时候不要直接操作对应的地址，需要先进行映射操作

static inline void __iomem *ioremap(phys_addr_t offset, unsigned long size)
{return (void __iomem*) (unsigned long)offset;
}
typedef u32 phys_addr_t;
phys_addr_t offset：指的是映射的物理地址
unsigned long size：映射空间的大小
void __iomem *：接收映射后的起始地址

解除映射：

void iounmap (volatile void __iomem *addr)

（七）实例：LED驱动编程

思路：
首先把需要操作的寄存器物理地址进行映射，然后在open函数中做初始化工作，最后在read/write函数中调用copy_to/from_user函数将用户空间(内核空间)的数据拷贝到内核空间(用户空间)，对数据进行操作
led.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>int i=0;
dev_t dev=0;
#define CDEVCOUNT 5
#define CDEVNAME "cdevdevice"
#define CDEVCLASS "myclass"
#define INODENAME "mycdev"#define ADDRSZIE 8unsigned int  phy_addr = 0x110002E0;//映射的起始地址为GPM4CON
unsigned int * virt_addr = NULL;//用来接收映射后的起始地址struct cdev * cdev=NULL;
struct class * cdevclass=NULL;#define GPM4CON (*(volatile unsigned int * )virt_addr)
#define GPM4DAT (*(volatile unsigned int * )(virt_addr +1))	int cdev_open (struct inode *node, struct file *file)
{//清空配置寄存器GPM4CON &= ~(0XFFFF<<0);//设置引脚为输出状态GPM4CON |= (0x1111<<0);//给指定寄存器初始化GPM4DAT |= (0x0F<<0);printk("cdev_open is install\n");return 0;
}
ssize_t cdev_read (struct file *fp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("cdev_read is install\n");return 0;
}
ssize_t cdev_write (struct file *fp, const char __user * buf, size_t size, loff_t *offset)
{int i=0;char str[4]={-1,-1,-1,-1};int ret =copy_from_user(str,buf,4);for(i=0;i<4;i++){if(str[i]=='0')GPM4DAT |= (1<<i);else if(str[i]=='1')GPM4DAT &=~(1<<i);}printk("cdev_write is install\n");return 0;
}
int cdev_release (struct inode *node, struct file *fp)
{printk("cdev_release is install\n");return 0;
}
struct file_operations fop={.open=cdev_open,.read=cdev_read,.write=cdev_write,.release=cdev_release,
};
static int __init cdev_module_init(void)
{int ret=alloc_chrdev_region(&dev, 0, CDEVCOUNT, CDEVNAME);if(ret){return -1;}cdev=cdev_alloc();if (!cdev)goto out;cdev_init(cdev, &fop);if(cdev_add(cdev, dev, CDEVCOUNT)){goto out1;}printk("cdev_add success\n");cdevclass=class_create(THIS_MODULE,CDEVCLASS);if (IS_ERR(cdevclass)){goto out2;}printk("class_create success\n");for(i=0;i<5;i++)device_create(cdevclass,NULL, dev+i, NULL, "mycdev%d",i );printk("device_create success\n");virt_addr = ioremap(phy_addr, ADDRSZIE);return 0;out:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);return -2;out1:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);out2:cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);return PTR_ERR(cdevclass);
}
static void __exit cdev_module_cleanup(void)
{for(--i;i>=0;i--)device_destroy(cdevclass,dev+i);printk("device_destroy success\n");class_destroy(cdevclass);cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);iounmap(virt_addr);printk("kfree success\n");
}
module_init(cdev_module_init);
module_exit(cdev_module_cleanup);
MODULE_LICENSE("GPL");

led_app.c

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, char *argv[])
{char str[]={'1','1','1','0'};int fd= open(argv[1],O_RDWR);if(fd== -1){perror("open");return -1;}write(fd,str,4);close(fd);return 0;
}

Makefile

CFLAG =-C
TARGET = led
TARGET1 = led_app
KERNEL = /mydriver/linux-3.5
obj-m += $(TARGET).oall:make $(CFLAG)  $(KERNEL) M=$(PWD)arm-linux-gcc -o $(TARGET1) $(TARGET1).c
clean:make $(CFLAG)  $(KERNEL) M=$(PWD) clean

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