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底层驱动：从概念到实践

底层驱动是让设备工作的基本程序，它为用户提供了操作设备的接口。以树莓派为例，想要使用其40Pin中的GPIO口，就需要依赖底层驱动来实现对GPIO寄存器的操作。没有驱动，设备无法正常工作。

为什么要写驱动？

当系统没有提供相应设备的操作库或者没有驱动时，就需要自己编写驱动。例如，树莓派提供的wiringPi库让开发者方便地操作GPIO，但如果换到其他Linux板子（如2440、RK3399、nanoPi等），没有像wiringPi这样的库时，就必须手动编写驱动，否则无法操作底层设备。

如何编写驱动？

在编写驱动之前，需要了解Linux是如何调用驱动的，以及用户如何使用驱动。在Linux系统中，所有设备都以文件形式存在，驱动也不例外。

驱动文件的存放位置

驱动文件通常存放在/dev目录下。编写好的驱动文件在安装时应放置在/dev目录中。当使用驱动时，也应该使用/dev目录下的驱动文件。

驱动的使用及区分方式

一个写好的驱动安装后，可以使用C库中的open、write和read函数来操作驱动，因为驱动本身也是文件。这三个文件操作函数同样可以用于驱动：

操作方式有了，但如何在/dev目录下找到相应的驱动，系统又如何在众多驱动中找到我们写的驱动？有两种方式：

设备号的查看可用命令：cd /dev && ls -l。

驱动链表 file_operations

驱动链表的结构体file_operations包含大量函数，其中包括open、write、read等函数。在编写驱动时，需要根据需求为结构体的某个函数编写对应的函数，例如open、write、read：

int pin4_open(struct inode *inode, struct file *file) {    // 实现的操作    return 0;}ssize_t pin4_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *loffs) {    // 实现的操作    return 0;}ssize_t pin4_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *loff) {    // 实现的操作    return 0;}struct file_operations pin_pos = {    .owner = THIS_MODULE,    .open = pin4_open,    .write = pin4_write,    .read = pin4_read,};

完成这些后，只是将驱动链表中的结构体搭建好了，还需要将其插入到链表中。

驱动注册及自动创建驱动文件

建立好驱动的结构体后，需要将其插入到驱动链表中。注册驱动的函数为register_chrdev：

int register_chrdev(int major, char *module_name, struct file_operations *file_operation);

参数说明：

自动创建驱动文件需要几个函数的配合，包括MKDEV宏和device_create函数：

#define dev_t MKDEV(int major, int minor)struct class *class_create(struct module *owner, const char *name);struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);

设备创建函数的使用示例：

int __init pin4_dev_init(void) {    int ret;    devno = MKDEV(major, minor);    ret = register_chrdev(major, module_name, &pin_pos);    pin4_class = class_create(THIS_MODULE, "myfirstdemo");    pin4_dev = device_create(pin4_class, NULL, devno, NULL, module_name);    return 0;}module_init(pin4_dev_init);

卸载驱动函数的示例：

void __exit pin4_exit(void) {    device_destroy(pin4_class, devno);    class_destroy(pin4_class);    unregister_chrdev(major, module_name);}module_exit(pin4_exit);

最后，别忘了添加许可：

MODULE_LICENSE("GPL v2");

总结

编写驱动的基本框架包括：

通过以上步骤，可以实现对底层设备的有效控制和管理。