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0. 导语
在嵌入式的道路上寻寻觅觅很久，进入嵌入式这个行业也有几年的时间了，从 2011 年后半年开始，我清楚的记得当时拿着 C51 的板子闪烁了 LED 灯，从那时候开始，就进入到了嵌入式的大门里面。嵌入式的学习从来没有停止过，中间也有无数的插曲和机缘巧合学会 C ++ 和 Java，做一些好玩的应用。无论是嵌入式 DSP 也好，还是如今的嵌入式 ARM，7 年之久从来没有停止过。技术最大的好处就是，无论发展到什么境地，那种第一次点亮 LED 灯欣喜永远的可以伴随着你，只要你解决了一个卡了你很久的问题，这就是技术的魅力。我也将开始大肆的从嵌入式 DSP 转入到嵌入式 Linux，在研究生阶段，完成这个转型。
这个 Demo 意义重大，使用 Linux 也有四五年的时间了，Linux 良好的基础和嵌入式基础让我在嵌入式 inux 道路上算的上是顺风顺水。这个 Demo 将过去 STM32,F28xx 的 DSP 或者那些单片机桥接起来，将过去裸机上的程序全部编到内核里面，通过嵌入式的应用进行互联。
本 DEMO 依然使用 AD9833 作为例子，将用 linux 内核级的 gpio 对 AD9833 写时序，完成对于 AD9833 的驱动程序，在嵌入式 Linux 上生成 /dev/ 目录节点，使用 Linux 命令行对 AD9833 产生波形进行控制。（只要有了 /dev 节点，使用 Qt，C++，Python 都可以控制了，这就是物联网最注重的。）
效果视频观看地址：https://v.youku.com/v_show/id…
1. 开发驱动综述
本开发驱动基于 Linux3.3 内核版本 ，且内核必须编译正确，否则不能运行。
这个 Demo 可以归结为三个部分，一个部分为 Linux 字符驱动模板，第二部分为 AD9833 驱动程序，第三部分为通信协议。还附加一个配置文件。
- Linux 字符驱动模板主要包含 init exit 还有 ioctl，函数;
- AD9833 驱动程序为 AD9833 的 GPIO 时序（AD9833 为 SPI 协议，这里先用 GPIO 模拟时序，后续升级为 SPI 外设）;
- 通信协议格式方式，用户对于 AD9833 的控制字，比如发送波形命令，频率命令等;
- 将自己编写的驱动写入内核的代码树，编译成模块或者编译进内核随内核启动;
本 Demo 就围绕这三点进行。
2. Linux 字符驱动模板
* 函数 ioctl
主要负责进行数据交互的。当设备生成字符设备驱动节点（/dev 目录下），使用 shell 级命令 cat 或者编译一段 C 应用程序用 open 打开节点的时候，后面将参数就是通过 ioctl 函数进行传递。（在嵌入式 Linux 端定义一个 ioctl 的函数，在 C 语言的程序也有一个 ioctl 用来和其进行对应，这样就完成了数据参数传递。）
* 结构体 file_operations
static int
ad9833_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{printk(DRV_NAME "\tRecv cmd: %u\n", cmd);
printk(DRV_NAME "\tRecv arg: %lu\n", arg);
switch(cmd) {
case CMD_TYPE_SIN:
ad9833->set_wave_freq(ad9833, 1500);
ad9833->set_wave_type(ad9833, SIN);
printk(DRV_NAME "set wave is sine wave! arg = %lu\n" , arg);
break;
case CMD_TYPE_TRI:
ad9833->set_wave_freq(ad9833, 1500);
ad9833->set_wave_type(ad9833, TRI);
printk(DRV_NAME "set wave is tri wave! arg = %lu\n" , arg);
break;
case CMD_TYPE_SQE:
ad9833->set_wave_freq(ad9833, 1500);
ad9833->set_wave_type(ad9833, SQU);
printk(DRV_NAME "set wave is sw wave! arg = %lu\n" , arg);
break;
}
return 0;
}ioctl 函数不能独立的存在需要 file_operations 指针进行操作，ioctl 为一个执行命令的清单，file_operations 就是这个清单的执行者。下面就是 file_operations 的指针，里面的成员需要接收到 ad9833_ioctl 的函数地址，在内部运行的时候会调用该地址。
static struct file_operations ad9833_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.unlocked_ioctl = ad9833_ioctl,
};* 结构体 miscdevice
*miscdevice 结构体为字符驱动的一级，字符驱动如同文献 [3] 所说的一样，非常的凌乱，到底里面使用了 miscdevice 还是 cdev 还是 platform-device or platform-driver，这里暂时不进行理，这里使用 miscdevice 级的字符驱动设备向 Linux 内核进行设备的注册，后续有文章进行区分，类似的文献还有我的《Linux GPIO 键盘驱动开发记录_OMAPL138》，这里使用的室 platform-device 进行。
static struct miscdevice ad9833_miscdev = {
// DRV_NAME 在前面进行 define
// #define DRV_NAME "AD9833-ADI"
.name = DRV_NAME,
.fops = &ad9833_fops,
};可以看见，在 miscdev 里面指定了 file 指针的地址，miscdev 主要的作用就是 向内核注册该驱动。
* 函数 init
内核级的嵌入式 Linux 驱动给出的硬性要求进行 init 函数，并标识 init 函数为__init，而且还要在 module_init 中填写 init 函数的地址。
static int __init ad9833_dev_init(void)
{
int i,ret;
/*
* AD9833 new device
* */
printk(DRV_NAME "\tApply memory for AD9833.\n");
ad9833 = ad9833_dev_new();
/*
* AD9833 init gpios.
* */
printk(DRV_NAME "\tInititial GPIO\n");
for (i = 0; i < 3; i ++) {ret = gpio_request( ad9833_gpios[i], "AD9833 GPIO" );
if(ret) {printk("\t%s: request gpio %d for AD9833 failed, ret = %d\n", DRV_NAME,ad9833_gpios[i],ret);
return ret;
}else {printk("\t%s: request gpio %d for AD9833 set succussful, ret = %d\n", DRV_NAME,ad9833_gpios[i],ret);
}
gpio_direction_output(ad9833_gpios[i],1 );
gpio_set_value(ad9833_gpios[i],0 );
}
ret = misc_register(&ad9833_miscdev);
printk(DRV_NAME "\tinitialized\n");
return ret;
}
module_init(ad9833_dev_init);当我们运行 insmod xxxx.ko 的时候，此时运行的就是这个 init 函数，在这个函数中主要完成对于设备内存的请求和一些初始状态的注册。在本 DEMO 中对对于 AD9833 的结构体进行了注册，并对 gpio 进行申请。ret = misc_register(&ad9833_miscdev); 重点室这句话。
* 函数 exit
除此之外内核也要求了 exit 函数，主要进行对 init 中内存申请的释放。
static void __exit ad9833_dev_exit(void)
{
int i;
for(i = 0; i < 3; i++) {gpio_free( ad9833_gpios[i] );
}
misc_deregister(&ad9833_miscdev);
}
module_exit(ad9833_dev_exit);这是一个非常简单的字符驱动的模板，然后就需要我们添加 AD9833 的驱动了。
3. AD9833 芯片级时序驱动
到此，基本上就是裸机嵌入式的知识了，对于芯片功能的描述，对于芯片时序的把握。作为本博客不在赘述，给出函数的列表，如果喜欢，本文将 DEMO 的源码放在后面，自行下载观看。
static void ad9833_set_wave_type(AD9833 *dev, enum ad9833_wavetype_t wave_type);
static void ad9833_set_phase(AD9833 *dev, unsigned int phase_value);
static void ad9833_set_freq(AD9833 *dev, float freq);
static void ad9833_set_para(AD9833 *dev, unsigned long freqs_value, unsigned int phase_value, enum ad9833_wavetype_t wave_type);
static void ad9833_init_device(AD9833 *dev) ;
static void ad9833_write_reg(AD9833 *dev, unsigned int reg_value);
static int ad9833_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);
AD9833 *ad9833;
AD9833 *ad9833_dev_new()
{AD9833 *dev = (AD9833*)kcalloc(1, sizeof(AD9833), GFP_ATOMIC);
dev->hw.fsy = AD9833_FSY_IO;
dev->hw.sdi = AD9833_DAT_IO;
dev->hw.clk = AD9833_CLK_IO;
dev->set_wave_para = &ad9833_set_para;
dev->init_device = &ad9833_init_device;
dev->write_reg = &ad9833_write_reg;
dev->set_wave_freq = &ad9833_set_freq;
dev->set_wave_phase = &ad9833_set_phase;
dev->set_wave_type = &ad9833_set_wave_type;
dev->init_device(dev);
return dev;
}该设备使用链表进行描述。
3. 与驱动通信的 ioctl 函数
在参考文献 [1] 中，给出了 Linux 字符设备驱动开发重要的 ioctl 函数解析，写的很接地气，很朴实，也写的很明白，包括利用 ioctl 函数应用程序和驱动程序进行交互，ioctl 函数使用 MAGIC_number 幻数对命令进行转换。
在 ioctrl 函数里面通常使用 switch 和 case 进行执行，见上衣章的内容。
这里给出使用 ioctl 的应用程序，它和内核驱动进行通信：
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define AD9833_MAGIC 'k'
#define CMD_TYPE_SIN _IO(AD9833_MAGIC, 0)
#define CMD_TYPE_TRI _IO(AD9833_MAGIC, 1)
#define CMD_TYPE_SQE _IO(AD9833_MAGIC, 2)
const char dev_path[]="/dev/AD9833-ADI";
int main(int argc , char *argv[])
{
int fd = -1, i = 0;
printf("ad9833 test program run....\n");
fd = open(dev_path, O_RDWR|O_NDELAY); // 打开设备
if (fd < 0) {printf("Can't open /dev/AD9833-ADI\n");
return -1;
}
printf("open device.\n");
if(strcmp(argv[1],"1") == 0 ) {ioctl(fd, CMD_TYPE_SIN, 5);
printf("argc = %d,sine wave = %s \n", CMD_TYPE_SIN, argv[1]);
}else if(strcmp(argv[1],"2") == 0 ) {ioctl(fd, CMD_TYPE_TRI, 1);
printf("argc = %d,tri wave = %s \n", CMD_TYPE_TRI,argv[1]);
}else{ioctl(fd, CMD_TYPE_SQE, 1);
printf("argc = %d,sqe wave = %s \n", CMD_TYPE_SQE, argv[1]);
}
printf("argc = %d\n", argc);
close(fd);
return 0;
}
在 ioctl 函数和嵌入式 Linux 驱动里面的 ioctl 函数就会对应，命令就传递过去了。
另外补充一个知识：
void main(int argc char *argv[] )
- argc 为传递参数的个数
- argv[1] 为一个字符串，第一个传递进来的字符串，比如 ./main.o nihao hello 1234
argv[1] 就是 nihao, argv[2] 就是 hello，argv[3] 就是 1234
4. 将驱动程序编入 Linux 内核代码树
驱动开发完毕，就必须要将驱动编入 Linux 内核代码树，假如 Linux 内核代码在./linux-3.3 目录，我们的驱动名字叫做 ad9833.c，那么我们就要将 ad9833.c 文件放入./linux-3.3/drivers/char 目录下，操作两件事情。
修改 Kconfig 文件
修改 Kconfig 文件，在 menuconfig 文件中会出现我们的内核配置选项。
config AD9833_ADI
tristate "AD9833 DDS support."
depends on ARM
help
GPIO on OMAPL138 configuration is:
AD9833_FSY_IO -> GPIO[0,1]
AD9833_CLK_IO -> GPIO[0,5]
AD9833_DAT_IO -> GPIO[0,0]- tristate: 内核在 linux menuconfig 菜单下显示的名字
- depends on ARM: 只有在 ARM 架构下才会显示出来该驱动于 menuconfig 中
- help：帮助文档，做一些提示，我这里给出了 GPIO 的接法。
修改该目录下的 Makefile 文件
在文末追加 obj-$(CONFIG_AD9833_ADI) += ad9833.o
这里 CONFIG_后面接的必须和上面的 Kconfig 中 config 字段一样 ad9833.o 的.o 文件必须和放入该内核代码的 ad9833.c 名字字段一样。
编译内核
- 配置 menuconfig
make CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- ARCH=arm menuconfig
然后，进入到 drivers -> char.. device -> 找到你的驱动
以模块编译或者编译进内核。
- 编译内核
make CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- ARCH=arm -j8
- 生成 uImage 文件（这个是 omapl 平台要求的）
make CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- ARCH=arm uImage
- 将内核和文件都放到目标板子
可以重启运行了
- 加载内核
insmod ad9833.ko
- 运行测试程序
可以看到效果了：
源代码下载
链接: https://pan.baidu.com/s/1rfZy… 密码: 4pxx
参考文献
[1] zqixiao_09, [Linux 字符设备驱动开发基础（四）—— ioctl() 函数解析
](https://blog.csdn.net/zqixiao… 2016-03-11
[2] 草根老师, 解决 undefined reference to __aeabi_uidivmod 和 undefined reference to __aeabi_uidiv’ 错误, 2012-07-21 21:59:03
[3] 小 C 爱学习，一步一步写 miscdevice 的驱动模块, 2013-07-24
[4] 宋宝华，Linux 设备驱动开发详解：基于最新的 Linux 4.0 内核
