实验七 嵌入式系统驱动实验资料.docx

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实验七嵌入式系统驱动实验资料

实验七ARM9嵌入式系统硬件驱动基础开发实验

【实验目的】

1.掌握嵌入式linux内核的配置编译及移植。

2.掌握ARMlinux驱动程序的开发流程。

【实验内容】

1.常用linux命令的使用

2.嵌入式linux驱动程序开发步骤

3.linux内核配置、编译以及移植

【实验设备】

1.ARM9开发板

2.串口线、USB线

3.PC机（软件：

VMwareWorkstation6.5）

【实验原理】

嵌入式Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统，它被广泛应用在移动电话、个人数字助理（PDA）、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。

Linux是开放源代码的操作系统，同时具有体积小、执行速度快、较好的可裁剪性与移植性等特点。

针对ARMCPU开发的具有MMU（MemoryManagementUnit）功能的嵌入式Linux操作系统是ARM平台上操作系统的最佳选择。

通用的基于ARM系统的Linux开发步骤如下：

1）开发目标硬件系统：

如选择微处理器，Flash及其他外设等；

2）建立交叉编译工具：

一般的GCC工具都是针对X86体系的，为了能够生成目标板可执行的代码必须建立交叉编译工具；

3）开发Bootloader：

建立启动系统的主引导程序；

4）移植Linux内核：

如基于ARM的Linux2.4内核移植；

5）开发一个根文件系统：

如yaffs文件系统的制作；

6）开发相关硬件的驱动程序：

如LCD、Keypad等；

7）开发上层的应用程序：

如QTGUI开发。

驱动程序的目的一般式驱动硬件正常工作，所以通常所说的驱动程序都是针对特定的硬件来编写的。

驱动程序既可以工作在有操作系统的环境下，也可以工作在无操作系统的环境中。

通常在做一些简单的硬件控制时，由于功能比较单一，不需要操作系统来管理，所以针对这种情况下的驱动程序相对来说也比较简单，但是作为一个嵌入式系统，他要实现的任务也相对比较多，比较复杂，所以需要有操作系统来对他进行管理。

设备驱动程序是操作系统内核和及其硬件之间的接口。

设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。

Linux下的设备驱动程序是内核的一部分，运行在内核模式。

也就是说，设备驱动程序为内核提供了一个I/O接口，用户使用这个接口实现对设备的操作。

我们在这个实验中主要是将驱动程序的C文件交叉编译后添加进内核，同时，在文件系统中添加驱动测试程序。

最后将生成的系统映像文件烧进开发板中。

对于驱动程序的使用，有静态编译和动态编译两种，静态编译指的是将驱动程序添加到内核中，动态编译是指将驱动程序编译成驱动模块。

我们采用第一种，即静态编译的方式添加驱动程序。

驱动程序的开发步骤如下：

1）首先，用户在自己的驱动程序源文件中定义file_operations结构，并编写出设备需要的各种操作函数，对于设备不需要的操作函数用NULL初始化，这些操作函数将被注册到内核。

当应用程序对相应的设备文件进行操作时，内核会找到相应的操作函数，并进行调用。

如果操作函数使用NULL，操作系统就进行默认的处理。

2）设备驱动程序编写完成后，就可将其添加到linux内核中，这需要修改linux的源码，然后重新配置编译linux内核。

3）编写相应的驱动测试程序，下载到ARM板进行相应驱动的测试。

【实验步骤】

1.打开桌面上的虚拟机软件VMwareWorkstation，用户名为root，密码为123456，即以超级用户的身份登录。

打开终端，学习一下Linux常用命令：

#cd/切换到根目录

#cddir切换到当前目录下的dir目录下

#cd..切换到上一级目录

#ls显示当前目录下的文件列表

#vifile编辑文件file

#tarxzvffile.tgz将文件file解压

#rmfile删除文件

#rm–frdir删除当前目录下叫dir的整个目录

#cpsourcetarget将文件source复制为target，可以指定文件路径

#catfile查看file的内容

#mvfile/dir将当前目录下的file文件移动到dir目录下

还有一些命令会在后面的使用中具体讲解。

2.在终端里进入/opt/FriendlyARM/Nano2410V2目录下，其中有一个kernel文件夹，这就是我们要操作的LINUX的内核。

进入kernel/drivers/char，即内核驱动的字符型设备驱动文件夹，然后ls查看里面的文件列表，其中有一个super2410-leds.c文件，这是一个led驱动程序，但此程序需要修改才能适用于我们的ARM板。

3.输入visuper2410-leds.c，对此文件进行编辑。

在vi编辑器里面默认的是命令模式，键入i就进入了编辑模式。

程序里led_table中定义了四个端口，我们将GPIO_E13改为GPIO_F7,即我们只对板子上的LED2进行操作。

修改之后按Esc回到命令模式，然后输入：

wq保存退出。

4.打开kernel/drivers/char目录下的Makefile文件，即输入viMakefile。

切换到编辑模式，在第199行里输入obj-$（CONFIG_SUPER2410_LEDS）+=super2410-leds.o。

按Esc键，输入：

wq保存退出。

这一步操作时为了在编译内核时将super2410-leds.c编译成super2410-leds.o文件。

5.打开kernel/drivers/char目录下的Config.in文件，即输入viConfig.in。

切换到编辑模式，在第89行里输入dep_tristate‘SupportSuper2410Leds’CONFIG_SUPER2410_LEDS，然后按Esc键，输入：

wq保存退出。

这样在运行menuconfig配置字符设备时就会出现SupportSuper2410Leds的字样，如果选中并编译通过，驱动程序就加到内核中了。

6.返回到/kernel目录下面，输入makemenuconfig，进行内核的配置。

首先找到Characterdevices，回车进入，找到SupportSuper2410Leds（NEW），键入空格选中此项。

然后返回上一级，进入Generalsetup，在TimerandCPUusageLEDS上键入空格，取消选中。

如果选中则两个LED分别用于Timer和CPU，我们的测试程序将看不到效果，故在此处将其取消。

然后保存退出，这时可以进行LINUX内核的编译了。

7.在终端里输入makedep，这一步仅仅在第一次编译时需要，为的是编译时内核知道文件之间的依赖关系；输入makeclean，该命令用于清除以前编译内核时生成的所有目标文件、模块文件和临时文件；输入makezImage，即将内核编译成gzip压缩形式的image。

编译通过后会在目录kernel/arch/arm/boot下生成zImage内核文件。

8.编译好之后，我们查看kernel/drivers/char目录会看到super2410-leds.o文件，如果没有则我们的LED驱动程序没有加入到内核。

另一种方法是在终端里kernel目录下输入catSystem.map|grepleds，如果有matrix4_leds_init、matrix4_leds_ioctl、matrix4_leds_fops（这几个是super2410-leds.c文件里的函数）等，则表明驱动已经正确地加入到了内核。

9.将zImage文件拷贝到/mnt/hgfs/share文件夹里，则在windows下我们可以获得此文件。

下面进行驱动测试程序的操作。

10.在虚拟机的/opt/FrindlyARM/Nano2410V2/examples找到leds文件夹，里面有两个文件，main.c是led的测试程序，Makefile是用来指明编译main.c文件时要用的编译器。

在终端里进入此文件夹，输入make后在该文件下生成一个二进制程序led。

将其重命名为ledtest,拷贝到/opt/FriendlyARM/Nano2410V2/root_qtopia_tp/sbin下。

这个root_qtopia_tp文件夹是我们板子所使用的文件系统。

11.将root_qtopia_tp文件夹拷贝到/opt/FriendlyARM/Nano2410V2/mkyaffs文件夹下，在终端里进入此文件夹，输入命令./mkyaffsimageroot_qtopia_tptest.img。

执行完后在mkyaffs文件夹下会生成test.img文件，这是我们要下载到ARM板子上的文件系统映像文件。

12.将前面的zImage和test.img文件下载到ARM板，然后重新启动，通过windows主机的超级终端进行驱动程序的测试。

13.在windows主机下，打开开始-程序-附件-通讯-超级终端，输入自定义的名称，选择COM口（默认COM1即可），端口设置如下图：

将ARM板上面的COM0和主机的串口用串口线连接，上电后会在超级终端里看到启动信息，当出现“PleasepressEntertoactivethisconsole”时键入回车进入操作系统，如下图

此时可以通过超级终端控制我们的ARM板了。

14.这时候可以看到LED2在闪烁，其控制程序是/etc/rC.d/init.d下面的leds。

输入./ledsstop后，则此程序被结束，LED不再闪烁。

15.进入/sbin，查看文件列表会发现我们添加的驱动测试程序ledtest：

进入/dev会看到我们加入内核的驱动leds（驱动程序super2410-leds.c中定义的驱动名称为leds）,如下图：

这时候我们进行驱动程序的测试，输入ledtest11则点亮LED2，输入ledtest10则熄灭LED2。

实现一个简单的linux字符设备驱动

步骤1：

 编写驱动程序

1.#include   

2.#include   

3.#include   

4.#include   

5.#include   

6.#include   

7.#include   

8.#include   

9.#define DEVICE_NAME "cdev_zhangwei"  

10.int number_of_devices = 1;    

11.struct cdev mydev;  

12.dev_t dev = 0;  

13.char data[128] = "/0"; // the data of my device  

14.struct class *myclass;  

15.static int mydev_open（struct inode *inode, struct file *file）  

16.{  

17.    pr_info（"mydev driver open!

/n"）;  

18.    return 0;  

19.}  

20.static int mydev_release（struct inode *inode, struct file *file）  

21.{  

22.    pr_info（"mydev driver released!

/n"）;  

23.    return 0;  

24.}  

25.ssize_t mydev_write（struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos）  

26.{  

27.    ssize_t ret = 0;  

28.    pr_info（"mydev_write!

/n"）;  

29.    pr_info（"writing %d bytes/n", count）;  

30.    if （count > 127）   

31.        return -ENOMEM;  

32.    if （count < 0）   

33.        return -EINVAL;  

34.    if （copy_from_user（data, buf, count）） {  

35.        ret = -EFAULT;  

36.    }  

37.    else {  

38.        data[127] = ''/0'';  

39.        pr_info（"kernel received:

 %s/n", data）;  

40.        ret = count;  

41.    }  

42.    return ret;  

43.}  

44.static ssize_t mydev_read（struct file* filp, char* buf, size_t len,loff_t* off）  

45.{  

46.    if（ copy_to_user（buf,data,len） ）  

47.    {  

48.        return -EFAULT;  

49.    }  

50.      

51.    return len;  

52.}  

53.struct file_operations mydev_fops = {   

54.    .owner = THIS_MODULE,  

55.    .open = mydev_open,  

56.    .read = mydev_read,  

57.    .write = mydev_write,  

58.    .release = mydev_release  

59.      

60.};  

61.static int __init mydev_init（void）  

62.{  

63.    int result, error;  

64.    result = register_chrdev（0, DEVICE_NAME, &mydev_fops）;  

65.        pr_info（"udev_cdev:

 get major number:

 %d/n", result）;  

66.    dev = MKDEV（result, 0）;  

67.    myclass = class_create（THIS_MODULE, "mydev_class"）;  

68.    device_create（myclass, NULL, dev, NULL, DEVICE_NAME）;  

69.    return 0;  

70.}  

71.static void __exit mydev_exit（void）  

72.{  

73.    cdev_del（&mydev）;  

74.    unregister_chrdev_region（dev, number_of_devices）;  

75.    device_destroy（myclass, dev）;  

76.    class_destroy（myclass）;  

77.    pr_info（"Goodbye cdev!

/n"）;  

78.}  

79.module_init（mydev_init）;  

80.module_exit（mydev_exit）;  

81.MODULE_LICENSE（"GPL"）;  

82.MODULE_DESCRIPTION（"Simple cdev udev driver test"）;  

步骤2：

编译，形成ko文件，然后利用insmod命令插入内核。

 （最好利用makefile进行编译，网上有文章专门有介绍）

步骤3：

创建设备节点：

mknod/dev/your_name c 主设备号 次设备号

             次设备号这里填0，主设备号可以利用cat/proc/devices查看

步骤4：

编写用户程序（测试咱们的驱动是否可行），如以下代码简单的用gcc命令编译就好了

1.#include  

2.#include  

3.#include  

4.#include  

5.#include   

6.int main （void）   

7.{  

8.    int fd,len;   

9.    pid_t pid;  

10.    char buff[] = "This is from userspace zhangwei fight it!

";  

11.    char buff_read[100] ;  

12.    fd = open （"/dev/cdev_zhangwei", O_RDWR）;  

13.    if （fd < 0） {  

14.        perror（"open failed"）;  

15.        exit（0）;  

16.    }  

17.    pid = fork（）;  

18.    if（pid>0）  

19.    {  

20.        len =  write （fd, buff, sizeof（buff））;    

21.        printf （"son Write returns %d/n",len ）;  

22.    }  

23.    else // parent  

24.    {  

25.        //waitpid（pid）;  

26.        printf （"read returns %d/n", read（fd,buff_read,len） ）;  

27.        printf（"buff_read = %s/n",buff_read）;  

28.    }  

29.    close （fd）;  

30.    return 0;  

31.}  

 到了这里，对字符设备驱动就有一个直观的印象了。

【实验报告要求】

1.将实验中用到的驱动程序及测试程序打印出来附在实验报告中。

2.将实验中用到的Linux基本命令及其作用写在实验报告中。

3.回答实验思考题。

【思考题】

1.分析Linux内核与文件系统之间的关系。

2.简述硬件驱动开发的基本流程。

3.查看本实验中驱动程序的内容，分析其file_operations结构。