1.6.2　Linux下的LED驅動

在Linux下，可以使用字符設備驅動的框架來編寫對應于代碼清單1.3的LED設備驅動（這里僅僅是為了方便講解，內核中實際實現了一個提供sysfs節點的GPIO LED驅動，位于drivers/leds/leds-gpio.c中），操作硬件的LightInit（）、LightOn（）、LightOff（）函數仍然需要，但是，遵循Linux編程的命名習慣，重新將其命名為light_init（）、light_on（）、light_off（）。這些函數將被LED設備驅動中獨立于設備并針對內核的接口進行調用，代碼清單1.4給出了Linux下的LED驅動，此時讀者并不需要能讀懂這些代碼。

代碼清單1.4　Linux操作系統下的LED驅動

  1 #include .../* 包含內核中的多個頭文件 */
  2 /* 設備結構體 */
  3 struct light_dev {
  4     struct cdev cdev;      /* 字符設備cdev結構體 */
  5     unsigned char vaule;   /* LED亮時為1，熄滅時為0，用戶可讀寫此值 */
  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 /* 打開和關閉函數 */
 12 int light_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 13 {
 14     struct light_dev *dev;
 15     /* 獲得設備結構體指針 */
 16     dev = container_of(inode->i_cdev, struct light_dev, cdev);
 17     /* 讓設備結構體作為設備的私有信息 */
 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 /* 讀寫設備: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; /* 獲得設備結構體 */
 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     /* 根據寫入的值點亮和熄滅LED */
 41      if (dev->value == 1)
 42          light_on();
 43      else
 44          light_off();
 45      return 1;
 46 }
 47 /* ioctl函數 */
 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 /* 設置字符設備cdev結構體 */
 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 /* 模塊加載函數 */
 87 int light_init(void)
 88 {
 89     int result;
 90     dev_t dev = MKDEV(light_major, 0);
 91     /* 申請字符設備號 */
 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     /* 分配設備結構體的內存 */
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 /* 模塊卸載函數 */
115 void light_cleanup(void)
116 {
117     cdev_del(&light_devp->cdev);  /* 刪除字符設備結構體 */
118     kfree(light_devp);            /* 釋放在light_init中分配的內存 */
119     unregister_chrdev_region(MKDEV(light_major, 0), 1); /* 刪除字符設備 */
120 }
121 module_init(light_init);
122 module_exit(light_cleanup);

上述代碼的行數與代碼清單1.3已經不能相比了，除了代碼清單1.3中的硬件操作函數仍然需要外，代碼清單1.4中還包含了大量暫時陌生的元素，如結構體file_operations、cdev，Linux內核模塊聲明用的MODULE_AUTHOR、MODULE_LICENSE、module_init、module_exit，以及用于字符設備注冊、分配和注銷的函數register_chrdev_region（）、alloc_chrdev_region（）、unregister_chrdev_region（）等。我們也不能理解為什么驅動中要包含light_init（）、light_cleanup（）、light_read（）、light_write（）等函數。

此時，我們只需要有一個感性認識，那就是，上述暫時陌生的元素都是Linux內核為字符設備定義的，以實現驅動與內核接口而定義的。Linux對各類設備的驅動都定義了類似的數據結構和函數。