若你是刚入门的学生不太看得懂原理图与芯片手册，请先看下这篇文章中针对电路原理与芯片文档这块的教程：详细介绍如何读懂STM32开发板电路原理图以及芯片文档和开发手册，并编写一个测试程序：点亮一个LED灯

本文还需要对Linux设备管理器有一定的了解，否则你开发时只知道调这些函数，但不知道内核态发生了什么，所以建议大家学一下相关知识点：Linux嵌入式开发_主设备号与次设备号详解、Linux驱动开发_设备文件系统详解

本文使用GIT来管理项目，GIT方面的教程：关于Git这一篇就够了

内核开发基本知识：Linux内核开发_内核模块

针对位的高级应用：c语言位操作的高级应用

HTTP方面：

Http响应码含义

HTTP协议下GET与POST的区别

HTTP请求报头中各个字段的含义

开源字符处理类库：CharString类拆分自自己研发的web服务器中的类库

这些知识点我都在别的文章中有详细的解释，若对单片机/嵌入式体系基础较差的同学可以看一看。

本篇教程较为类GNU/LINUX风格，从目录体系到项目管理，都会以类GNU/LINUX风格编写

即便是一个小demo我们也要用git来管理，这是为了加深大家对git的了解与认识，也为将来的工作做准备。

请大家先看完上面的知识在继续学习本篇知识。

二. 准备工作：

工欲善其事必先利其器，当我们开发一个项目工程时，需要构建好项目体系，这样便于我们后面的开发，也让我们的项目变得可维护性更高一点

1. 创建一个项目工程目录

mkdir moudul && cd moudul

2. 创建输出与目标目录

arch、output

这两个目录将用于目标文件的输出以及中间文件的输出目录。

在arch目录下在新建一个arm的目录，因为我们的板子是arm架构，所以新建一个目录用来存放arm的目标文件，这样的体系是源于Linux内核目录体系


mkdir arch && mkdir arch/arm
mkdir output

3.头文件目录

在建立一个头文件目录,同时在include目录下创建一个目录TQ210_LED，代表工程类型，然后在这个目录下创建两个子目录：device、app，用来存放驱动/app的头文件


mkdir include
mkdir include/TQ210_LED
mkdir include/TQ210_LED/device
mkdir include/TQ210_LED/app

4. 建立源代码src目录


mkdir src
mkdir src/TQ210_LED
mkdir src/TQ210_LED/device
mkdir src/TQ210_LED/app

好了到此我们的工程体系已经建立完成


beis@ubuntu:~/moudul$ tree
.
├── arch
│   └── arm
├── include
│   └── TQ210_LED
│       ├── app
│       └── device
├── output
└── src
    └── TQ210_LED
        ├── app
        └── device

目录结构分配的非常清晰合理，当我们新增别的模块时，只需要按照这个规范在src与include下建立不同的类型目录就可以了

若别的架构只需要在arch下建立对应的架构目录即可。

目录体系完成之后我们在使用GIT来管理我们的项目

5. 使用git管理你的项目

git init

三.编写LED驱动

在src/TQ210_LED/device目录下新建一个.c文件和在include/TQ210_LED/device目录下新建一个.h文件


touch src/TQ210_LED/device/TQ210_LED_device.c
touch include/TQ210_LED/device/TQ210_LED_device.h

然后使用vim打开.c文件我们就可以开始编写驱动模块啦

vim src/TQ210_LED/device/TQ210_LED_device.c

现在我们打开电路原理图，这是开发步骤的必须的第一步，因为只有看原理图才知道电路的结构。

在原理图中找到LED这一块并放大

从原理图中可以得知LED1、LED2都接在GPC端口上。

vdd表示器件内部工作电压的符号，vdd5v的意思就是至少需要5伏电压才能让此器件工作，不过这个我们一般不用关系，这个一般由PCB板设计者们已经完成了，输入源端已经设定好电阻之类的器件器件来控制电流通过，包括板子使用的电流模式。

R开头的这样的电路符号一般都是电阻名字，1K=1000欧姆，也就是说当电压流过时它会吸收掉1000欧姆的电压。

这是一个放大三极管，用于放大电流的，型号是S8050，符号是Q，Q1代表一号放大三极管。

从这里可以看到LED1和LED2分别接在GPC0号端口上，位为3与4

这里我教大家如何通过GPC0_4这个标识来找到芯片手册里的对应标志位

我们打开芯片手册，先看下GPIO的框架图

它由两部分组成 OFF PART（断电部分）和ALILVE PART（带电部分）

两者分别为，睡眠模式与非睡眠模式，也就是说这个GPIO框架支持睡眠模式与非睡眠模式，若进入睡眠模式则整个框架内部时钟将停止工作，等待其它中断将其唤醒，同时在睡眠模式下是能够保证其GPIO内部寄存器的值的。

它挂载在APB总线上，并且APB没有挂接到RCC这样的时钟总线上，不像STM32是挂接在这个总线上，若不先开启它则APB总线不会工作，这是STM32出于低功耗的设计。

接着我们找到GPC端口的描述

这里建议大家在打开PDF时使用CTRL+F去搜索GPC0能快速找到对应的说明页

按照单片机的开发的经验来说，我们可以知道若想让一个GPC口工作，必须使其设置为OUTPUT模式

同时可以看到DAT寄存器的介绍

DAT说明:

当端口配置为输入端口时，对应位为引脚状态当端口配置为输出端口时，引脚状态与对应位相同当端口配置为功能引脚时，将读取未定义的值。

也就是说CON对应端口是输出时，DAT对应的就是状态值，给1即高电平，给0即低电平。

在三星s5pv210中每个GPIO口由CON和DAT组成，CON是控制状态，DAT是输入输出状态。

并且我们可以看到GPC0CON的端口地址为：0xE0200060

GPC0DAT的端口地址为：0XE0200064 相差四字节。

一个32位机器上的int的大小。

基本上硬件以及地址信息我们都知道了，那么就是正式写代码开始进行开发了。

三.一准备工作

在你的src/device目录下新建一个.c的文件

touch src/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.c

同时在创建头文件：

touch include/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.c

然后使用你喜欢的编辑工具开始写代码吧！

首先在.c文件中包含基本头文件：


#include <linux/module.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/serial_core.h>
#include <linux/serial.h>
#include <asm/irq.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <plat/regs-serial.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <asm/uaccess.h>

基本信息：


//author
MODULE_AUTHOR("Stephen Zhou");
MODULE_LICENSE("GPL");

init与exit：


static int __init led_init(void){
 
}
 
static void __exit led_exit(void){
 
}
 
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

我们在增加一些基本信息：

这些信息用来存储针对设备处理器用的名字，这些在之前的文件系统详解中都有详细说过

先定义存放/dev下的名字，这个是给udev看的：


//led one and two name
#define LED_ONE_NAME "TQ210_LED_ONE"
#define LED_TWO_NAME "TQ210_LED_TWO"

定义内核模块表中的名字，以及sysfs的名字，这个是给内核和sysfs文件系统看的


//led name in kernel
#define LED_KERNEL_NAME         "TQ210_LED"
#define LED_SYSFS_CLASS_NAME    "TQ210_LED_CLASS"

led数量，这个是给我们程序自己看的


//led device number max
#define LED_NUMBER_MAX 2

在写几个针对位操作的函数：


//set or get gpic bit value
#define SET_GPIC(GPIC_ADDRESS,VALUE,OPE)                                *GPIC_ADDRESS OPE VALUE
#define SET_GPIC_STATE(GPIC_ADDRESS,LED1_VALUE,LED2_VALUE,OPE)          *GPIC_ADDRESS OPE (LED1_VALUE | LED2_VALUE)
#define GET_GPIC(GPIC_ADDRESS,VALUE)                                    *GPIC_ADDRESS & VALUE
 
//led gpic port
#define LED1_GPIC_BIT(VALUE) (VALUE << 12)
#define LED2_GPIC_BIT(VALUE) (VALUE << 16)
#define LED1_GPIC_DAT_BIT(VALUE) (VALUE << 3)
#define LED2_GPIC_DAT_BIT(VALUE) (VALUE << 4)

属性宏：


//device gpic address
#define GPIC0_CON_ADDRESS 0xE0200060
#define GPIC0_DAT_ADDRESS 0xE0200064
#define GPIC_ADDRESS_FORMAT 16
 
//state
#define LED_STATE_ON  "ON"
#define LED_STATE_OFF "OFF"

好了，接下来我们去实现init函数

三.二 init实现

在实现init函数之前我们在.c文件中申请几个全局变量，用来存储不同的属性：

存储led名字：

char LED_NAME[][256] = {{LED_ONE_NAME},{LED_TWO_NAME}};

存储con与dat地址：


volatile unsigned long* GPIC0_address = NULL;
volatile unsigned long* GPIC0_dat     = NULL;

存储内核fd与类（sysfs）fd：


//drive struct
static int                         led_kernel_fd                                 = 0;                           //kernel struct fd
static struct class*               led_device_file_class                         = NULL;                        //sysfs fd
static struct device*              led_device_class_son[LED_NUMBER_MAX]          = {NULL};

除此之外还需要一个结构体：

struct file_operations

这个结构体就是用来存储文件函数指针的，write、open等函数实现

为此我们先将write、open先定义出来，什么都不做，后面我们在实现：


//open
static int led_open(struct inode* inode,struct file* file){
 
}
 
//write
static ssize_t led_write(struct file* file,const char __user* buf,size_t count,loff_t* ppos){
 
}
 
//read
static ssize_t led_read(struct file* file,char __user* buf,size_t count,loff_t* ppos){
 
}
 
//ioctl
static long led_ioctl(struct file* file,unsigned int cmd,unsigned long arg){
 
}

注意根据内核版本不同，在内核部分的write、read函数原型不同，可以根据自己开发板子使用的内核版本来查一下。

我们把fops结构体定义出来：


//drive struct
static struct file_operations led_drive_fops = {
 
                .owner          = THIS_MODULE,
                .open           = led_open,
                .write          = led_write,
                .read           = led_read,
                .unlocked_ioctl = led_ioctl,
};

里面的THIS_MODULE是一个地址，这个会在预编译期间被编译器替换为当前模块的地址，也就是说它指向当前模块。

init函数的目的：

将设备注册到内核并注册到类文件系统，将udev注册到dev dir

第一步注册到内核结构体中

注意在内核模块中我们尽量多打日志，利用printk函数，便于我们调试

因为内核态是不能用GDB这些来调试的。


led_kernel_fd = register_chrdev(0,LED_KERNEL_NAME,&led_drive_fops);
        if(led_kernel_fd < 0){
                printk("TQ210_LED[ERROR]: register_chrdev - %d\n",led_kernel_fd);
                return -1;
}

第二步注册到sysfs/sys/class dir，申请一个父节点

led_device_file_class = class_create(THIS_MODULE,LED_SYSFS_CLASS_NAME);

第三步注册子设备到类sysfs中，作为子节点

注意编译器是c99，我们不能在代码部分声明变量，所以在开头加一个i的定义

 int i = 0;      //for c99


 for(; i < LED_NUMBER_MAX; ++i){
                led_device_class_son[i] = device_create (led_device_file_class,NULL,MKDEV(led_kernel_fd,i),NULL,LED_NAME[i]);
                if(unlikely(IS_ERR(led_device_class_son[i]))) {
                        printk("TQ210_LED[ERROR]: register son device\n");
                        return -2;
                }
        }

最后一步将物理地址映射到内核虚拟地址：

操作系统出于alu地址随机化保护原因，是不能直接访问物理地址的，需要先转化为虚拟地址。


 GPIC0_address = (volatile unsigned long*)ioremap(GPIC0_CON_ADDRESS,GPIC_ADDRESS_FORMAT);
 GPIC0_dat     = (volatile unsigned long*)ioremap(GPIC0_DAT_ADDRESS,GPIC_ADDRESS_FORMAT);

最后打印一下表示我们成功初始化init了。


printk("TQ210_LED[SUCCESS]:init\n");
return 0;

在实现一下exit函数：

三.四 exit实现

先释放子类节点，注意这里的释放是有顺序之分的

因为我们在注册的时候是先注册到内核-sysfs-sysfs子节点这样的一个流程。

在设备文件详解里我说过它的寻找方式，当我们open一个/dev下的文件时，先调用中断的do_sys_open,然后在调用do_filp_open，来从文件系统中获取节点，VFS中，因为/dev目录下的文件是存在于磁盘上的，但是这个文件都在VFS的文件描述结构体中又注册，因为VFS是管理磁盘的，然后在调用open_namei函数来根据name在VFS中获取指向这个文件的指针。

最后通过这个指针可以找到这个文件指向哪个open、write等，最后会发现通过它里面的文件指针找到的是sysfs，udev只负责根据class目录下的结构把文件注册到VFS的磁盘/DEV目录下。

然后sysfs里的节点指向内核中的节点，所以当我们想删除一个节点的话，如果先删除的是内核里的节点的话，你在去删除sysfs里的节点会发现出现段错误。

这个原因大概是因为找到sysfs节点时，linux会判断指向的内核指针是否有效，来确认这是否是一个正常的设备。

所以我们怎么注册的，就怎么反着来释放。

先释放子节点


int i = 0;      //for c99
 
for(; i < LED_NUMBER_MAX; ++i){
                device_unregister(led_device_class_son[i]);
}

释放父节点

class_destroy(led_device_file_class);

关闭io映射


iounmap(GPIC0_address);
iounmap(GPIC0_dat);

删除内核里的模块信息

 unregister_chrdev(led_kernel_fd,LED_KERNEL_NAME);

在打印一行log

 printk("TQ210_LED[SUCCESS]:exit\n");

在打印时非常建议大家在前面加上标识符，这样在输出log时使用grep能更清楚看到你的日志。

到这里你的雏形驱动已经完成了，你编译好之后在使用insmod命令安装的话就会看到/dev目录下对应的节点。

当使用sysfs注册时，sysfs会自动通知udev的。

现在开始写make，回到顶层目录下

三.五 make实现

内核模块的make写法已经在之前的linux内核模块文章中说过了

这里交叉编译的话记得修改KDIR还有CROSS_COMPILE的变量值就可以了


ifneq ($(KERNELRELEASE),)
        obj-m  := ./src/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.o
else
        KDIR := /home/beis/TQ/opt/EmbedSky/TQ210/Kernel_3.0.8_TQ210_for_Linux_v2.4
all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-embedsky-linux-gnueabi-
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.mod.c               ./output
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.ko                  ./arch/arm/TQ210_LED
clean:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
        rm ./output/*
endif

然后你在make一下，就可以在arch/arm/TQ210_LED目录下看到你的ko文件了。

完成初步之后就需要git保存一下啦


git add .
git commit -m "one"

那么接下来回到驱动文件下实现open函数

三. 六 open实现

首先我们可以利用MINOR取的当前操作的子节点

 int son_id = MINOR(inode->i_rdev);

然后利用switch来对不同节点做不同的处理，这样就不用写多个驱动文件了

同一驱动类型，非常建议这么做。


switch(son_id){
 
                        case 0: //led one
          
                        break;
 
                        case 1: //led two
 
                        break;
 
                        default:
                                printk("TQ210_LED[ERROR]: error son device number\n");
                                return -1;
                        break;
 
                }

首先利用我们写好的位函数，把led开启成输出模式

首先是先清空，在开启，这样方便进行位运算，从而不被其他位影响。


case 0: //led one
        SET_GPIC(GPIC0_address,~LED1_GPIC_BIT(0xf),&=);         //clear
        SET_GPIC(GPIC0_address,LED1_GPIC_BIT(0x1),|=);          //output
break;
 
case 1: //led two
        SET_GPIC(GPIC0_address,~LED2_GPIC_BIT(0xf),&=);         //clear
        SET_GPIC(GPIC0_address,LED2_GPIC_BIT(0x1),|=);          //output
break;

针对初学者，可能对位还不是特别懂，这里我给大家拆一下，详细说一下这个步骤

把宏展开给大家看下，以LED1举例

*GPIC0_address &= ~((0xf<<(12));

上面原理图说过，CON3[15:12]是设置模式的，0xf的二进制是1111，左移12位是1111000000000000，然后在与原位做与运算，与运算特点：两位同时为1则为1，不相同则为0

然后这里取反就是0000111111111111，与CON3做与运算：

假设CON3是1011000000001000

1011000000001000

——————————

00001111111111110

——————————

0000000000001000

可以看到非常巧妙的利用与特点，没有修改其它位把我们想要设置的位给清空了。

第二个也与之一样，在你对这些含糊不清的时候，请拿起笔来自己运算，让自己清楚才是真正明白了。

*GPIC0_address |= ((0x1<<(12));

左移12位：0001000000000000 ，或运算的特点：当一个bit位为1，则为1，所以不用做取反运算了。

0000000000001000

——————————

0001000000000000

——————————

0001000000001000

也在没有修改其它位的情况下完成了。

open实现完整代码：


static int led_open(struct inode* inode,struct file* file){
 
                /* open device and init */
 
                //get son device number
                int son_id = MINOR(inode->i_rdev);
 
                switch(son_id){
 
                        case 0: //led one
                                SET_GPIC(GPIC0_address,~LED1_GPIC_BIT(0xf),&=);         //clear
                                SET_GPIC(GPIC0_address,LED1_GPIC_BIT(0x1),|=);          //output
                        break;
 
                        case 1: //led two
                                SET_GPIC(GPIC0_address,~LED2_GPIC_BIT(0xf),&=);         //clear
                                SET_GPIC(GPIC0_address,LED2_GPIC_BIT(0x1),|=);          //output
                        break;
 
                        default:
                                printk("TQ210_LED[ERROR]: error son device number\n");
                                return -1;
                        break;
 
                }
 
                printk("TQ210_LED[SUCCESS]:open\n");
                return 0;
}

三.七 write实现

获取子节点

 int son_id = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);

这里我们利用一个函数从用户态往内核态拿一下参数，记得失败打log


char val = 0;
if(copy_from_user(&val,buf,count)){ printk("TQ210_LED[ERROR]:get user variable\n"); return -1; }

然后实现：

就是判断写入的是1则亮，0则灭，位运算在open已经仔细说过了，这里就不展开说了。

我们这里的操作要对dat寄存器，上面开头也说过了。


switch(son_id){
 
                        case 0: //led one
                                if(val == 1){ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,LED1_GPIC_DAT_BIT(1),LED2_GPIC_DAT_BIT((GET_GPIC(GPIC0_dat,LED2_GPIC_DAT_BIT(1)))),|=); }else{ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,~LED1_GPIC_DAT_BIT(1),(GET_GPIC(GPIC0_dat,0)),&=); }
                                printk("TQ210_LED[MSG]:led one\n");
                        break;
 
                        case 1: //led two
                                if(val == 1){ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,LED2_GPIC_DAT_BIT(1),LED1_GPIC_DAT_BIT(GET_GPIC(GPIC0_dat,LED1_GPIC_DAT_BIT(1))),|=); }else{ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,~LED2_GPIC_DAT_BIT(1),(GET_GPIC(GPIC0_dat,0)),&=); }
                                printk("TQ210_LED[MSG]:led two\n");
                        break;
 
                        default:
                                printk("TQ210[ERROR]:can't write device number\n");
                        break;
 
}

最后打印一下：


 printk("TQ210_LED[SUCCESS]:write\n");
 return 0;

完整实现：


static ssize_t led_write(struct file* file,const char __user* buf,size_t count,loff_t* ppos){
 
                //write device
 
                //get son device number
                int son_id = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);
 
                //get user variable to kernel variablei
                char val = 0;
                if(copy_from_user(&val,buf,count)){ printk("TQ210_LED[ERROR]:get user variable\n"); return -1; }
 
                switch(son_id){
 
                        case 0: //led one
                                if(val == 1){ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,LED1_GPIC_DAT_BIT(1),LED2_GPIC_DAT_BIT((GET_GPIC(GPIC0_dat,LED2_GPIC_DAT_BIT(1)))),|=); }else{ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,~LED1_GPIC_DAT_BIT(1),(GET_GPIC(GPIC0_dat,0)),&=); }
                                printk("TQ210_LED[MSG]:led one\n");
                        break;
 
                        case 1: //led two
                                if(val == 1){ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,LED2_GPIC_DAT_BIT(1),LED1_GPIC_DAT_BIT(GET_GPIC(GPIC0_dat,LED1_GPIC_DAT_BIT(1))),|=); }else{ SET_GPIC_STATE(GPIC0_dat,~LED2_GPIC_DAT_BIT(1),(GET_GPIC(GPIC0_dat,0)),&=); }
                                printk("TQ210_LED[MSG]:led two\n");
                        break;
 
                        default:
                                printk("TQ210[ERROR]:can't write device number\n");
                        break;
 
                }
 
                printk("TQ210_LED[SUCCESS]:write\n");
                return 0;
 
}

三.八 read实现

read实现也很简单，就是利用位运算去读位的值，唯一用到的就是用户态向内核态传递参数的函数：copy_to_user

完整代码：


static ssize_t led_read(struct file* file,char __user* buf,size_t count,loff_t* ppos){
 
                //read led state
 
                int son_id = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);
 
                int BIT = 0;
                char on[2]  = LED_STATE_ON;
                char off[3] = LED_STATE_OFF;
                switch(son_id){
 
                        case 0:
                                BIT = GET_GPIC(GPIC0_dat,LED1_GPIC_DAT_BIT(1));
                                if(BIT){
 
                                        if(copy_to_user((char*)buf,&on,sizeof(on))) return -EFAULT;
 
                                }else{
                                        if(copy_to_user((char*)buf,&off,sizeof(off))) return -EFAULT;
                                }
                        break;
 
                        case 1:
                                BIT = GET_GPIC(GPIC0_dat,LED2_GPIC_DAT_BIT(1));
                                if(BIT){
 
                                        if(copy_to_user((char*)buf,&on,sizeof(on))) return -EFAULT;
                                        return 2;
 
                                }else{
                                        if(copy_to_user((char*)buf,&off,sizeof(off))) return -EFAULT;
                                        return 3;
                                }
                        break;
 
                        default:
                                printk("TQ210[ERROR]:can't write device number\n");
                                return -1;
                        break;
 
                }
 
                printk("TQ210_LED[SUCCESS]:read\n");
                return 0;
}

三.九 ioctl实现

ioctl的实现的话，linux是有要求的，ioctl思想是利用参数来获取对应属性，实现对应功能。

linux内核是利用命令码实现这些，开发者利用switch case来对不同的命令码进行不同的实现

在内核里一个命令码是这样的：


________________________________________
 
| 设备类型  | 序列号 |  方向 | 数据尺寸  |
 
|----------|--------|------|--------     |
 
| 8 bit　　 |  8 bit   | 2 bit |8~14 bit |
 
|----------|--------|------|------------ |

linux内核也提供了一些实现宏定义


//nr为序号，datatype为数据类型,如int
_IO(type, nr ) //没有参数的命令
_IOR(type, nr, datatype) //从驱动中读数据
_IOW(type, nr, datatype) //写数据到驱动
_IOWR(type,nr, datatype) //双向传送

例子：


#define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义类型
#define MEM_IOCSET _IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int)
#define MEM_IOCGQSET _IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)

linux也提供了一些判断参数是否有效的宏函数


_IOC_NR()    读取基数域值 (bit0~ bit7)
_IOC_TYPE    读取魔数域值 (bit8 ~ bit15)
_IOC_SIZE    读取数据大小域值 (bit16 ~ bit29)
_IOC_DIR     获取读写属性域值 (bit30 ~ bit31)

我的定义：


//ioctl
#define MEMDEV_IOC_MAGIC  's'
#define MEMDEV_IOCPRINT   _IO(MEMDEV_IOC_MAGIC, 1)
#define MEMDEV_IOCGETDATA _IOR(MEMDEV_IOC_MAGIC, 2, int)
#define MEMDEV_IOCSETDATA _IOW(MEMDEV_IOC_MAGIC, 3, int)
#define MEMDEV_IOC_MAXNR  3

依旧取子节点


int par = 0;
int son_id = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);

判断类型是否有效：


 if(_IOC_TYPE(cmd) != MEMDEV_IOC_MAGIC)
                        return -EINVAL;

判断参数是否有效


 if(_IOC_NR(cmd) > MEMDEV_IOC_MAXNR)
                        return -EINVAL;

在判断读写属性是否有效


 if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ){ if(access_ok(VERIFY_WRITE, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd))){ return -EFAULT; } }
                else if(_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE) { if (access_ok(VERIFY_READ, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd))){ return -EFAULT; } }

这里利用了一个access_ok是一个宏，用来判断参数的读写是否有效。

接下来就是具体实现啦

只需要判断cmd的属性就可以了。


 switch(son_id){
 
                        case 0:
                                switch(cmd){
 
                                        case MEMDEV_IOCPRINT:   //Print information
                                                printk("TQ210_LED1 demo to stephen zhou\n");
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCGETDATA: //Get parameters
                                                return __put_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCSETDATA: //Set parameters
                                                return __get_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        default:
                                                return -EINVAL;
                                        break;
                                }
                        break;
 
                        case 1:
                                switch(cmd){
 
                                        case MEMDEV_IOCPRINT:   //Print information
                                                printk("TQ210_LED2 demo to stephen zhou\n");
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCGETDATA: //Get parameters
                                                return __put_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCSETDATA: //Set parameters
                                                return __get_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        default:
                                                return -EINVAL;
                                        break;
                                }
                        break;
}

最后别忘记打印：


 printk("TQ210_LED[SUCCESS]:ioctl\n");
 return 0;

完整代码：


static long led_ioctl(struct file* file,unsigned int cmd,unsigned long arg){
 
                int par = 0;
                //get son id    
                int son_id = MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);
 
                //cmd su or err
                if(_IOC_TYPE(cmd) != MEMDEV_IOC_MAGIC)
                        return -EINVAL;
                if(_IOC_NR(cmd) > MEMDEV_IOC_MAXNR)
                        return -EINVAL;
                if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ){ if(access_ok(VERIFY_WRITE, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd))){ return -EFAULT; } }
                else if(_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE) { if (access_ok(VERIFY_READ, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd))){ return -EFAULT; } }
 
                switch(son_id){
 
                        case 0:
                                switch(cmd){
 
                                        case MEMDEV_IOCPRINT:   //Print information
                                                printk("TQ210_LED1 demo to stephen zhou\n");
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCGETDATA: //Get parameters
                                                return __put_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCSETDATA: //Set parameters
                                                return __get_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        default:
                                                return -EINVAL;
                                        break;
                                }
                        break;
 
                        case 1:
                                switch(cmd){
 
                                        case MEMDEV_IOCPRINT:   //Print information
                                                printk("TQ210_LED2 demo to stephen zhou\n");
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCGETDATA: //Get parameters
                                                return __put_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        case MEMDEV_IOCSETDATA: //Set parameters
                                                return __get_user(par,(int*) arg);
                                        break;
 
                                        default:
                                                return -EINVAL;
                                        break;
                                }
                        break;
                }
 
                printk("TQ210_LED[SUCCESS]:ioctl\n");
                return 0;
}

好了，这里open、write、read、ioctl都已经实现啦，那么我们在写一个简单的app测试一下吧

四、编写测试APP

这里我写了一个闪烁的app代码

在src/app目录下新建一个TQ210_app_led.c的文件，用于用户态的程序

包含基本头文件


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>
#include "../../../include/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.h"

这里我写了一个基本的打印函数


void print(char* led1_state,char* led2_state){
        system("clear");
        printf("/*****************************************************************************\n");
        printf("*                                                                            *\n");
        printf("*  TQ210 LED的demo演示                                                       *\n");
        printf("*  Copyright (C) 2021 StephenZhou                                            *\n");
        printf("*                                                                            *\n");
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        printf("*  Device         : State                                                    *\n");
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        if(strcmp(led1_state,"ON") == 0){ printf("*  TQ210_LED_ONE  : ON                                                             *\n"); }
        else{ printf("*  TQ210_LED_ONE  : OFF                                                        *\n"); }
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        if(strcmp(led2_state,"ON") == 0){ printf("*  TQ210_LED_TWO  : ON                                                             *\n"); }
        else{ printf("*  TQ210_LED_TWO  : OFF                                                        *\n"); }
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        printf("*  Change History :                                                          *\n");
        printf("*  <Date>     | <Version> | <Author>       | <Description>                   *\n");
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        printf("*  2020/5/25 | 1.0.0.0   | StephenZhou      | LED Demo                       *\n");
        printf("*----------------------------------------------------------------------------*\n");
        printf("*                                                                            *\n");
        printf("*****************************************************************************/\n");
 
}

第一步就是声明基本变量，然后就按照open、write的方式写就可以了，注释我写的非常清楚

就是先open打开，然后read读取状态，把状态打印出来，并且调用ioctl来打印基本信息，在使用write写入状态。


int main(int argc,char **argv){
 
        /* Two LEDs flash each other and print the status */
        int cmd = 0,arg = 0,val = 0;
        char led1_state[4] = {0},led2_state[4] = {0};
        //1. open udev device
        int led_fd1 = open(LED_DEV_ONE_NAME,O_RDWR);
        int led_fd2 = open(LED_DEV_TWO_NAME,O_RDWR);
        if(led_fd1 == -1 || led_fd2 == -1){
                printf("error:can't open led device\n");
                return -1;
        }
 
        //2. print msg to kernel ioctl
        cmd = MEMDEV_IOCPRINT;
        if(ioctl(led_fd1,cmd,&arg) == -1) { printf("error:can't ioctl for led1\n"); return -1; }
        cmd = MEMDEV_IOCPRINT;
        if(ioctl(led_fd2,cmd,&arg) == -1) { printf("error:can't ioctl for led2\n"); return -1; }
 
        //3. wink
        while(1){
 
                //led one wink led two close
                val = 1;
                if(write(led_fd1,&val,sizeof(val)) == -1){ printf("error:can't write for led1\n"); return -1; }
                val = 0;
                if(write(led_fd2,&val,sizeof(val)) == -1){ printf("error:can't write for led2\n"); return -1; }
 
                //clear string
                memset(led1_state,0,sizeof(led1_state));
                memset(led2_state,0,sizeof(led2_state));
 
                //read led state
                if(read(led_fd1,led1_state,sizeof(led1_state)) == -1){ printf("error:cant't read for led1\n"); return -1; }
                if(read(led_fd2,led2_state,sizeof(led2_state)) == -1){ printf("error:cant't read for led2\n"); return -1; }
                print(led1_state,led2_state);
 
                sleep(3);
 
                //led two wink led one close
                val = 1;
                if(write(led_fd2,&val,sizeof(val)) == -1){ printf("error:can't write for led1\n"); return -1; }
                val = 0;
                if(write(led_fd1,&val,sizeof(val)) == -1){ printf("error:can't write for led2\n"); return -1; }
 
                //clear string
                memset(led1_state,0,sizeof(led1_state));
                memset(led2_state,0,sizeof(led2_state));
 
                //read led state
                if(read(led_fd1,led1_state,sizeof(led1_state)) == -1){ printf("error:cant't read for led1\n"); return -1; }
                if(read(led_fd2,led2_state,sizeof(led2_state)) == -1){ printf("error:cant't read for led2\n"); return -1; }
                print(led1_state,led2_state);
 
                sleep(3);
 
        }
 
        return 0;
}

我们在把app文件添加到make里，用交叉编译器

以下是我修改后的make

我使用了一些mv命令来把生成的临时文件以及目标文件都放到固定目录中。


ifneq ($(KERNELRELEASE),)
        obj-m  := ./src/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.o
else
        KDIR := /home/beis/TQ/opt/EmbedSky/TQ210/Kernel_3.0.8_TQ210_for_Linux_v2.4
all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-embedsky-linux-gnueabi-
        arm-embedsky-linux-gnueabi-gcc ./src/TQ210_LED/app/TQ210_app_led.c -o TQ210_app_led
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.o                   ./output
        mv *.symvers                                    ./output
        mv *.order                                      ./output
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.mod.c               ./output
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.ko                  ./arch/arm/TQ210_LED
        mv TQ210_app_led                                ./arch/arm/TQ210_LED
clean:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
        rm ./output/*
        rm ./arch/arm/TQ210_LED/*
        rm ./arch/arm/network/*
endif

这个时候你在make一下就能在arch/arm/TQ210_LED目录下看到app和.ko文件了。


beis@ubuntu:~/moudul/arch/arm/TQ210_LED$ tree
.
├── TQ210_app_led
└── TQ210_device_led.ko
 
0 directories, 2 files

最后别忘记git一下


git add .
git commit -m "two"

到这一步基本一个demo就已经写完了，那么接下里我们让它物联网

写一个server服务器来控制它

以下代码是我以前写过web ui的方法实现的。

五. 物联网

在src目录下新建一个network目录，在此目录新建一个server.c文件，同理include目录也是一样

这部分如果你对http开发以及网站开发没有开发经验的话可以跳过，这里我是自己写的服务器是为了让大家更清楚了解物联网原理，可以去看下我关于http协议的讲解，以及我开源的http解析代码


mkdir src/network
touch src/network/server.c
mkdir include/network
touch include/network/server.h

我们在写一个html用来展示前端，其就post的提交

代码很简单，存放在src/network目录下

先在.h文件里把协议以及头文件定义出来


#include <stdio.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include "../../include/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.h"
 
//server config
#define PORT                    8081
#define BACKLOG                 10
 
//http
#define STATE_OK                "HTTP/1.0 200 OK\r\n"
#define SERVER_TYPE             "Server: DWBServer\r\nContent-Type: text/html;charset=utf-8\r\n\r\n"
 
//file
#define INDEX_NAME              "./index.html"
 
//http ops
#define STATE_GET_INDEX         1
#define STATE_BUTTON_FOO        2
#define STATE_200               3
 
//led
#define LED_1                   1
#define LED_2                   2
#define LED_UP                  3
#define LED_DOWN                4

思路就是post提交给服务器，服务器拿到post数据然后判断数据信息来执行对应的功能

这里使用了form的表格实现了这一功能


<html>
<body>
<form action = "" method = "post">
                 <button name="foo" value="LED1_Light">LED1_点亮</button>
</form>
<form action = "" method = "post">
       <button name="foo" value="LED1_Ext">LED1_熄灯</button>
</form>
<form action = "" method = "post">
                 <button name="foo" value="LED2_Light">LED2_点亮</button>
</form>
<form action = "" method = "post">
       <button name="foo" value="LED2_Ext">LED2_熄灯</button>
</form>
</body>
</html>

server.c部分

首先包含头文件：

#include "../../include/network/server.h"

在写一个解析http协议的head代码：

这一部分是用来获取报文头的，便于服务器判断请求参数是什么


int GetHead(char* buff,char* t){
 
        if(buff == NULL || t == NULL){
                return -1;
        }
        int str_len = strlen(buff);
        int i = 0;
        for(; i<str_len ;++i){
 
                if(buff[i] == '\r'){
                        break;
                }
 
                t[i] = buff[i];
 
        }
 
        return 0;
 
}

在写一个函数用来获取报文尾部，因为post提交的话文本会在报文体的尾部


int GetEnd(char* buff,char* t){
        if(buff == NULL || t == NULL){
                return -1;
        }
 
        int i = strlen(buff);
        int count = 0;
        int d = 0;
        int y = 0;
        for(;i>0;--i){
                if(buff[i] == '\n'){
                        break;
                }
                ++count;
        }
 
        d = strlen(buff) - count+1;
        for(;buff[d] != '\0';++d){
                t[y++] = buff[d];
 
        }
 
        return 0;
}

然后在写一个获取HTTP状态的函数，这一部分主要利用解析到的文本头来判断http客户端执行了什么操作，然后返回给我们，便于我们做对应的操作


int GET_HTTP_STATE(char* buff){
        
        if(buff == NULL){  
                return 0;
        }
 
        char Head[256] = {0};
        GetHead(buff,Head);
        if(Head == NULL){ return 0; }
        
        if(strcmp(Head,"GET / HTTP/1.1") == 0){
                
                return STATE_GET_INDEX;
    
        }
    
        char ff[256] = {0};
        if(strcmp(Head,"POST / HTTP/1.1") == 0){
                          
                return STATE_BUTTON_FOO;
 
        }
 
        return STATE_200;
 
}

然后就是led操作的函数，这个就不用多说了，非常简单


int Led_Ops(int LED_INDEX,int STATE){
 
        int fd  = 0;
        int val = 0;
 
        if(LED_INDEX == LED_1){
 
                fd = open(LED_DEV_ONE_NAME,O_RDWR);
                if(fd == -1) { return -1; }
        }
        
        if(LED_INDEX == LED_2){
                fd = open(LED_DEV_TWO_NAME,O_RDWR);
                if(fd == -1) { return -1; }
        }
 
        if(STATE == LED_UP){
                val = 1;
                write(fd,&val,sizeof(val));
        }
 
        if(STATE == LED_DOWN){
                val = 0;
                write(fd,&val,sizeof(val));
        }
 
        close(fd);
 
}

最后就是exec的事件函数，根据返回的状态执行对应的操作，最后也要给http客户端进行反馈，200告诉它我们完成了工作，其次post提交之后我们也要返回页面，因为http客户端会显示服务器返回的数据。


int Http_Exec(int state,int fd,char* buff){
 
        char rt[2*1024] = {0};
        if(state == STATE_GET_INDEX){
                strcat(rt,STATE_OK);
                strcat(rt,SERVER_TYPE);
                strcat(rt,index_body);
                send(fd,rt,strlen(rt),0);
        }
 
        if(state == STATE_BUTTON_FOO){
                char fun[256] = {0};
                GetEnd(buff,fun);
                strcat(rt,STATE_OK);
                strcat(rt,SERVER_TYPE);
                strcat(rt,index_body);
                send(fd,rt,strlen(rt),0);
                if(strcmp(fun,"foo=LED1_Light") == 0){
                        Led_Ops(LED_1,LED_UP);
                }
                if(strcmp(fun,"foo=LED1_Ext") == 0){
                        Led_Ops(LED_1,LED_DOWN);
                }
                if(strcmp(fun,"foo=LED2_Light") == 0){
                        Led_Ops(LED_2,LED_UP);
                }
                if(strcmp(fun,"foo=LED2_Ext") == 0){
                        Led_Ops(LED_2,LED_DOWN);
                }
 
        }
 
        if(state == STATE_200){
                strcat(rt,STATE_OK);
                strcat(rt,SERVER_TYPE);
                send(fd,rt,strlen(rt),0);
        }
 
        return 0;
}

然后就是main函数

先初始化tcp，这里我写的不是多线程，是单线程的，也就是说同一时间只能有一个http客户端响应。


 int listenfd, connectfd;
        struct sockaddr_in server, client;
        socklen_t addrlen;
 
        if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
                perror("[SERVER_ERROR] socket\n");
                return -1;
        }
 
        int opt = 1;
        setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
        bzero(&server, sizeof(server));
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(PORT);
        server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
        if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1){
                perror("[SERVER_ERROR] bind\n");
                return -1;
        }
 
        addrlen = sizeof(client);
 
        FILE* fp = fopen(INDEX_NAME,"r");
        if(fp == NULL){
                perror("[SERVER_ERROR] index.html file\n");
                return -1;
        }

把index.html读取出来，返回给客户端

fread(index_body,sizeof(index_body),1,fp);

然后while循环监听并执行事件


 while(1){
 
                if(listen(listenfd, BACKLOG) == -1){
                        perror("[SERVER_ERROR] listen\n");
                        return -1;
                }
 
                if((connectfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &addrlen)) == -1){
                        perror("[SERVER_ERROR] accept\n");
                        return -1;
                }
 
                char buff[1024] = {0};
                recv(connectfd,buff,1024,0);
                //printf("%s\n",buff);
                Http_Exec(GET_HTTP_STATE(buff),connectfd,buff);
                close(connectfd);
        }

最后的关闭tcpfd


 close(listenfd);
 return 0;

六.在make添加支持


arm-embedsky-linux-gnueabi-gcc ./src/network/server.c -o server
mv server                                       ./arch/arm/network
cp ./src/network/index.html                     ./arch/arm/network

好了到这一步就彻底写完啦。

完整的make：


ifneq ($(KERNELRELEASE),)
        obj-m  := ./src/TQ210_LED/device/TQ210_device_led.o
else
        KDIR := /home/beis/TQ/opt/EmbedSky/TQ210/Kernel_3.0.8_TQ210_for_Linux_v2.4
all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-embedsky-linux-gnueabi-
        arm-embedsky-linux-gnueabi-gcc ./src/TQ210_LED/app/TQ210_app_led.c -o TQ210_app_led
        arm-embedsky-linux-gnueabi-gcc ./src/network/server.c -o server
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.o                   ./output
        mv *.symvers                                    ./output
        mv *.order                                      ./output
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.mod.c               ./output
        mv ./src/TQ210_LED/device/*.ko                  ./arch/arm/TQ210_LED
        mv TQ210_app_led                                ./arch/arm/TQ210_LED
        mv server                                       ./arch/arm/network
        cp ./src/network/index.html                     ./arch/arm/network
clean:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
        rm ./output/*
        rm ./arch/arm/TQ210_LED/*
        rm ./arch/arm/network/*
endif