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1、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ARM linux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：VMware Workstation6.5）【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

2、，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ARM CPU开发的具有MMU（Memory Management Unit）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

3、）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QT GUI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

4、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

5、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VMware Workstation，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：#

6、cd / 切换到根目录# cd dir 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# vi file 编辑文件file# tar xzvf file.tgz 将文件file解压# rm file 删除文件# rm fr dir 删除当前目录下叫dir的整个目录# cp source target 将文件source复制为target，可以指定文件路径# cat file 查看file的内容 # mv file /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/Frien

7、dlyARM/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 vi super2410-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Es

8、c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 vi Makefile 。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vi Config.in。切换到编辑模式，在第89行里输入dep

9、_tristate Support Super2410 Leds 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 Support Super2410 Leds 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 make menuconfig ，进行内核的配置。首先找到Character devices，回车进入，找到 Support Super2410 Leds （NEW），键入空格选中此项。然后返回上一级，进入General setup，在 Timer

10、and CPU usage LEDS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 make dep，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 make clean ，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 make zImage ，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

11、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 cat System.map | grep leds，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

12、. 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/Nano2410

13、V2/mkyaffs文件夹下，在终端里进入此文件夹，输入命令 ./mkyaffsimage root_qtopia_tp test.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

14、，当出现“Please press Enter to active this console” 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 ./leds stop 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ledtest 1

15、1则点亮LED2，输入ledtest 1 0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. #defineDEVICE_NAMEcdev_zhangwei 10. intnumber_of_devices=1;11. structcdevmydev;12. dev_tdev=0;13. chardata128=/0;/thedataofmydevice 14. stru

16、ctclass*myclass;15. staticintmydev_open(structinode*inode,structfile*file)16. 17. pr_info(mydevdriveropen!/n);18. return0;19. 20. staticintmydev_release(structinode*inode,structfile*file)21. 22. pr_info(mydevdriverreleased!/n);23. return0;24. 25. ssize_tmydev_write(structfile*file,constchar_user*buf

17、,size_tcount,loff_t*f_pos)26. 27. ssize_tret=0;28. pr_info(mydev_write!/n);29. pr_info(writing%dbytes/n,count);30. if(count127)31. return-ENOMEM;32. if(count0)33. return-EINVAL;34. if(copy_from_user(data,buf,count)35. ret=-EFAULT;36. 37. else38. data127=/0;39. pr_info(kernelreceived:%s/n,data);40. r

18、et=count;41. 42. returnret;43. 44. staticssize_tmydev_read(structfile*filp,char*buf,size_tlen,loff_t*off)45. 46. if(copy_to_user(buf,data,len)47. 48. return-EFAULT;49. 50. 51. returnlen;52. 53. structfile_operationsmydev_fops=54. .owner=THIS_MODULE,55. .open=mydev_open,56. .read=mydev_read,57. .writ

19、e=mydev_write,58. .release=mydev_release59. 60. ;61. staticint_initmydev_init(void)62. 63. intresult,error;64. result=register_chrdev(0,DEVICE_NAME,&mydev_fops);65. pr_info(udev_cdev:getmajornumber:%d/n,result);66. dev=MKDEV(result,0);67. myclass=class_create(THIS_MODULE,mydev_class);68. device_crea

20、te(myclass,NULL,dev,NULL,DEVICE_NAME);69. return0;70. 71. staticvoid_exitmydev_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(Goodbyecdev!/n);78. 79. module_init(mydev_init);80. module_exit

21、(mydev_exit);81. MODULE_LICENSE(GPL);82. MODULE_DESCRIPTION(Simplecdevudevdrivertest);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. #includ

22、e 3. #include 4. #include 5. #include 6. intmain(void)7. 8. intfd,len;9. pid_tpid;10. charbuff=Thisisfromuserspacezhangweifightit!;11. charbuff_read100;12. fd=open(/dev/cdev_zhangwei,O_RDWR);13. if(fd0)19. 20. len=write(fd,buff,sizeof(buff);21. printf(sonWritereturns%d/n,len);22. 23. else/parent 24.

23、 25. /waitpid(pid); 26. printf(readreturns%d/n,read(fd,buff_read,len);27. printf(buff_read=%s/n,buff_read);28. 29. close(fd);30. return0;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。