1.6.2　Linux下的LED驱动

在Linux下，可以使用字符设备驱动的框架来编写对应于代码清单1.3的LED设备驱动（这里仅仅是为了方便讲解，内核中实际实现了一个提供sysfs节点的GPIO LED驱动，位于drivers/leds/leds-gpio.c中），操作硬件的LightInit（）、LightOn（）、LightOff（）函数仍然需要，但是，遵循Linux编程的命名习惯，重新将其命名为light_init（）、light_on（）、light_off（）。这些函数将被LED设备驱动中独立于设备并针对内核的接口进行调用，代码清单1.4给出了Linux下的LED驱动，此时读者并不需要能读懂这些代码。

代码清单1.4　Linux操作系统下的LED驱动

  1 #include .../* 包含内核中的多个头文件 */
  2 /* 设备结构体 */
  3 struct light_dev {
  4     struct cdev cdev;      /* 字符设备cdev结构体 */
  5     unsigned char vaule;   /* LED亮时为1，熄灭时为0，用户可读写此值 */
  6 };
  7 struct light_dev *light_devp;
  8 int light_major = LIGHT_MAJOR;
  9 MODULE_AUTHOR("Barry Song <21cnbao@gmail.com>");
 10 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 11 /* 打开和关闭函数 */
 12 int light_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 13 {
 14     struct light_dev *dev;
 15     /* 获得设备结构体指针 */
 16     dev = container_of(inode->i_cdev, struct light_dev, cdev);
 17     /* 让设备结构体作为设备的私有信息 */
 18     filp->private_data = dev;
 19     return 0;
 20 }
 21 int light_release(struct inode *inode, struct file *filp)
 22 {
 23     return 0;
 24 }
 25 /* 读写设备:可以不需要 */
 26 ssize_t light_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,
 27     loff_t *f_pos)
 28 {
 29     struct light_dev *dev = filp->private_data; /* 获得设备结构体 */
 30     if (copy_to_user(buf, &(dev->value), 1))
 31         return  -EFAULT;
 32     return 1;
 33 }
 34 ssize_t light_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
 35     loff_t *f_pos)
 36 {
 37     struct light_dev *dev = filp->private_data;
 38     if (copy_from_user(&(dev->value), buf, 1))
 39         return  -EFAULT;
 40     /* 根据写入的值点亮和熄灭LED */
 41      if (dev->value == 1)
 42          light_on();
 43      else
 44          light_off();
 45      return 1;
 46 }
 47 /* ioctl函数 */
 48 int light_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd,
 49     unsigned long arg)
 50 {
 51     struct light_dev *dev = filp->private_data;
 52     switch (cmd) {
 53     case LIGHT_ON:
 54         dev->value = 1;
 55         light_on();
 56         break;
 57     case LIGHT_OFF:
 58         dev->value = 0;
 59         light_off();
 60         break;
 61     default:
 62         /* 不能支持的命令 */
 63         return  -ENOTTY;
 64     }
 65     return 0;
 66 }
 67 struct file_operations light_fops = {
 68     .owner = THIS_MODULE,
 69     .read = light_read,
 70     .write = light_write,
 71     .ioctl = light_ioctl,
 72     .open = light_open,
 73     .release = light_release,
 74 };
 75 /* 设置字符设备cdev结构体 */
 76 static void light_setup_cdev(struct light_dev *dev, int index)
 77 {
 78     int err, devno = MKDEV(light_major, index);
 79     cdev_init(&dev->cdev, &light_fops);
 80     dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
 81     dev->cdev.ops = &light_fops;
 82     err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);
 83     if (err)
 84         printk(KERN_NOTICE "Error %d adding LED%d", err, index);
 85 }
 86 /* 模块加载函数 */
 87 int light_init(void)
 88 {
 89     int result;
 90     dev_t dev = MKDEV(light_major, 0);
 91     /* 申请字符设备号 */
 92     if (light_major)
 93         result = register_chrdev_region(dev, 1, "LED");
 94     else {
 95         result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "LED");
 96         light_major = MAJOR(dev);
 97     }
 98     if (result < 0)
 99         return result;
100     /* 分配设备结构体的内存 */
101     light_devp = kmalloc(sizeof(struct light_dev), GFP_KERNEL);
102     if (!light_devp) {
103         result =  -ENOMEM;
104         goto fail_malloc;
105     }
106     memset(light_devp, 0, sizeof(struct light_dev));
107     light_setup_cdev(light_devp, 0);
108     light_gpio_init();
109     return 0;
110 fail_malloc:
111     unregister_chrdev_region(dev, light_devp);
112     return result;
113 }
114 /* 模块卸载函数 */
115 void light_cleanup(void)
116 {
117     cdev_del(&light_devp->cdev);  /* 删除字符设备结构体 */
118     kfree(light_devp);            /* 释放在light_init中分配的内存 */
119     unregister_chrdev_region(MKDEV(light_major, 0), 1); /* 删除字符设备 */
120 }
121 module_init(light_init);
122 module_exit(light_cleanup);

上述代码的行数与代码清单1.3已经不能相比了，除了代码清单1.3中的硬件操作函数仍然需要外，代码清单1.4中还包含了大量暂时陌生的元素，如结构体file_operations、cdev，Linux内核模块声明用的MODULE_AUTHOR、MODULE_LICENSE、module_init、module_exit，以及用于字符设备注册、分配和注销的函数register_chrdev_region（）、alloc_chrdev_region（）、unregister_chrdev_region（）等。我们也不能理解为什么驱动中要包含light_init（）、light_cleanup（）、light_read（）、light_write（）等函数。

此时，我们只需要有一个感性认识，那就是，上述暂时陌生的元素都是Linux内核为字符设备定义的，以实现驱动与内核接口而定义的。Linux对各类设备的驱动都定义了类似的数据结构和函数。

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