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Linux系统编程实战-字符设备控制

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发表于 2019-12-6 17:51:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
在 linux 驱动中字符驱动是必须掌握的,本章主要介绍字符设备应用的程序,无论是学习了后面的知识自己写的字符驱动,还是已有的字符驱动,都需要能够写一些简单的应用程序。

即使从事 linux 驱动的工作,linux 驱动写出来之后,也需要由驱动程序员编写简单的应用进行测试的。

另外,关于驱动部分,迅为电子有专门的驱动实验教程提供给大家学习,大家有了这些基础之后再去学习底层的知识就会很容易了。

在使用手册的第八章,大家可以看到这些 c 程序也是可以在 Android 下面运行的,只不过没有图形界面。

硬件工具

4412开发板PC 机;U 盘或者 TF 卡

软件工具

Ubuntu12.04.2 以及虚拟机;Arm-2009q3 编译器 ;Notepad++编辑器 ;超级终端 ;Vim 编辑器 ;最小 linux 系统

 预备课程

基本开发工具的使用 ;常用 linux 命令 ;最小 linux 系统 ;文件 IO

视频资源

本章配套视频为:

“视频 06_01 字符设备控制之 main 函数传参数”

“视频 06_02 字符设备控制之 led 灯”

“视频 06_03 字符设备控制之 buzzer 蜂鸣器”

“视频 06_04 字符设备控制之 ADC 模数转换”

学习目标

熟练掌握 main 函数的用法

掌握字符设备 led 灯、buzzer 蜂鸣器、ADC 模数转换

1入口 main 函数的参数

在和用户交流的过程中,虽然所有人都学习过 C 语言,但是对 C 语言中的 main 函数的用 法并不是很清楚。 由于后面的实验需要用到这部分知识,这里就占用一个小节,先简单介绍一下 main 函数。

1.1 main 函数简介

main 函数作为应用程序的入口,在头文件“#include<stdio.h> ”中。

main 函数需要传参数的时候完整的定义为

int main(int argc,char **argv)

参数 argc,表示参数的个数

参数**argv,存储输入字符的数组

argv[0]表示程序名称

argv[1]——argv[n]输入的参数

不传参数的时候定义为

int main(void)

函数 main 的返回值为类型为 int,用于判断程序执行成功还是失败

1.2main 函数例程

编写简单的 argvc.c 文件测试 main 函数。

 

 



 

 

 

 

如上图所示,将输入的参数第一个和第二个转换成 int 类型,赋值给 i 和 j,最后输出打印。 其中 argv[0]为程序名称,这里就是后面要编译的目标文件“argvc”。

1.3 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下,如下图所示,进入前面实验创建的目录“/home/linuxsystemcode/”,

使用命令“mkdir charcontrol”新建 charcontrol 文件夹,将源码 argvc.c 拷贝进去,进入新 建的文件夹 charcontrol,如下图所示。

 



 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o argvc argvc.c -static”编译 argvc 文件, 如下图所示,使用命令“ls”可以看到生成了 argvc 可执行文件。

 



 

 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法,也可以编译进文件系统,具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 argvc,拷贝到 U 盘,启动开发板,插入 U 盘,加载 U 盘,运行程 序如下。

 



 

 

 

 

如上图所示,程序成功运行,打印:

the Program name is ./mnt/udisk/argvc。因为运行的程序就是“./mnt/udisk/argvc”,

这是第一个参数

The command line has 2 argument:

10,11。输入的参数是 10 和 11,对应 argv[2]和 argv[2]。

2字符类 led 灯

在前面介绍 open 函数的时候,已经提到过如何打开字符类设备,获得句柄的方法和一般

文件都是一样。

Led 灯的设备节点在/dev 目录下,如下图所示,在超级终端可以使用 ls 命令查找。

 



 

 

 

 

由于涉及到硬件知识,这里简单介绍一下硬件原理,如下图所示,led 小灯的硬件原理很简单。

 

 



 

 

 

 

如上图所示,给 KP_COL0 和 VDD50_EN 网络高电平,三极管 L9014 就会导通,电源 VSYS 就会将电压加到电阻 R 和 led 小灯上,小灯就会亮。

给 KP_COL0 和 VDD50_EN 网络低电平,三极管 L9014 就会截止,形成断路,小灯灭。

 

在前面介绍过,如果要给文件进行写操作,那么使用的是 write 函数。对于 led 小灯的操作,使用写函数,理论上也是可以的。但是对于 IO 口(这里的 IO 口指的是硬件上的 IO 口, 不是指 IO 文件)的操作,Linux 专门设计了一个高效的函数 ioctl。

这个函数在头文件#include<unistd.h>中。

int ioctl( int fd, int request, int cmd);

参数 fd,函数 open 返回的句柄。

参数 request 和参数 cmd,由内核驱动决定具体操作,例如 request 可以代表那个 IO 口, cmd 代表对 IO 进行什么样的操作,也可以反过来。具体的含义由驱动工程师在驱动中 switch决定。

返回值:返回 0 成功;返回-1,出错。

2.1小灯测试例程

编写简单的 leds.c 文件测试小灯。

首先添加头文件,如下图所示。

通过 main 参数传过来的参数是 char 字符格式的,如果要传递给 ioctl 函数,需要用到数

值转化函数 atoi,添加了头文件#include <stdlib.h>。

接着由于小灯的数量和命令都是 2,所以对小灯数量和操作数进行宏定义#define LED_NUM 2 #define LED_C 2。

 



 

 

 

然后 main 函数如下图所示。

 



 

 

 

 

 

如上图所示。

第 33 行,调用了 ioctl 函数,将 main 函数的第一个和第二个参数传入驱动。

第 19 行,解释那个参数具体代表什么含义,"argv1 is cmd;argv2 is io”,参数 1 对应命

令,参数 2 对应具体那个 led 灯。

第 36 行,将打开的设备节点"/dev/leds"关闭。

2.2 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下,如下图所示,进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol”,将源码 leds.c 拷贝进去,如下图所示。

 



 

 

 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o leds leds.c -static”编译 leds 文件,如下

图所示,使用命令“ls”可以看到生成了 leds 可执行文件。

 



 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法,也可以编译进文件系统,具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 open,拷贝到 U 盘,启动开发板,插入 U 盘,加载 U 盘,运行程序如下。

如下图所示,如果不加参数会有提示,然后报错。

 



 

 

 

 

 

如下图所示,使用命令“./mnt/udisk/leds 0 0”运行,可以看到靠近蜂鸣器的小灯灭了。

 



 

 

 

 

所有参数对小灯的控制如下:

0 0 靠近蜂鸣器的小灯灭;

0 1 靠近按键的小灯灭;

1 0 靠近蜂鸣器的小灯亮;

1 1 靠近按键的小灯亮。

用户可以自行测试一下。

3 字符类 Buzzer 蜂鸣器

和 led 灯类似,蜂鸣器的设备节点也是在/dev 目录下,如下图所示。

 



 

 

 

 

蜂鸣器的硬件和 led 灯类似,如下图所示。

 



 

 

 

 

如上图所示。

原理图很容易理解,如果网络 MOTOR_PWM 为高电平,则 L9014 导通,蜂鸣器响,如

果网络 MOTOR_PWM 为低电平,则 L9014 截止,蜂鸣器则不响。

操作方式和 led 小灯类似。

3.1蜂鸣器测试例程

编写简单的 buzzertest.c 文件测试蜂鸣器。

首先添加头文件,如下图所示,下面新加了几个库文件,一般常用的就是下面几个,写代

码的时候,为了方便,可以直接都添加上。

 



 

 

 

 

 

然后 main 函数如下图所示。

 



 

 

 

 

如上图代码所示。

由于只有一个 IO,底层没有做第三个参数的判断,所以无效

第 16-19 行,对参数 argv[1]有个简单的判断,命令只能是 0 或者 1。

第 21-24 行,open 函数打开蜂鸣器设备节点

第 26 行,使用 ioctl 函数操作蜂鸣器。

第 27 行,使用 close 函数关闭设备节点。

3.2 编译运行测试

在 Ubuntu 系统下,如下图所示,进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol”,将源码 buzzertest.c 拷贝进去,如下图所示。

 

 



 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o buzzertest buzzertest.c -static”编译 buzzertest 文件,如下图所示,使用命令“ls”可以看到生成了 buzzertest 可执行文件。



 

 

 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法,也可以编译进文件系统,具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 buzzertest,拷贝到 U 盘,启动开发板,插入 U 盘,加载 U 盘, 运行程序如下。 使用参数 1 和 0,蜂鸣器会响。第二个参数实际上并不起作用。

 



 

 

 

如下图所示,使用参数 0 和 0,蜂鸣器会停止响。

 



 

 

 

4字符类 ADC 模数转换

和 led 灯类似,数模转换的设备节点也是在/dev 目录下,如下图所示。

 



 

 

 

模数转换的硬件部分如下图所示。

 

 

 



 

 

 

如上图所示。

XadcAIN0 网络可以读取到当前输入电压,滑动变阻器 R 移动的时候,1 和 2 之间的电阻 R12 改变,滑动变阻器最大电阻为 R13,然后电压 Vadc=R12*VDD1V8_EXT/R13 上面公式中 Vadc 可以通过 4412 读取出来,VDD1V8 和 R13 已知,那么就很容易求出 R12 的电阻。如下图所示,在 4412datasheet 中 ADC 章节中有真实的电阻和电压曲线图。



 

 

 

这里将数值做一个简单的换算,

1.8V 对应的是 10K 欧姆,对应的寄存器数值为 0xfff;

0V 对应的是 0 欧姆,对应的寄存器数值为 0x0。

这样做一个简单公式,将读取的数值 r 转化为电阻值 R。

R = r*10000/0xfff,即 R = r*10000/4095。

这个小公式在后面的代码中将会使用到。

4.1模数转换例程

编写简单的 ADC.c 文件测试 adc 的驱动。

首先添加头文件,如下图所示。

 



 

 

然后 main 函数如下图所示。

 



 

 

如上图代码所示。

第 14 行,设备节点为 char *adc = "/dev/adc"。

第 21 行,打开设备节点文件。

第 26 行,使用 read 函数,将读取数字赋予 buffer。

第 30 和 31 行,做个简单地换算,将读取的数值转化为电阻值。

4.2编译运行测试

在 Ubuntu 系统下,如下图所示,进入前面实验创建的目录

“/home/linuxsystemcode/charcontrol/”将源码 ADC.c 拷贝进去,如下图所示。



 

 

 

使用命令“arm-none-linux-gnueabi-gcc -o ADC ADC.c -static”编译 ADC 文件,如 下图所示,使用命令“ls”可以看到生成了 ADC 可执行文件。

 



 

 

这里介绍 U 盘拷贝代码的方法,也可以编译进文件系统,具体方法参考实验 02

将编译成的可执行文件 open,拷贝到 U 盘,启动开发板,插入 U 盘,加载 U 盘,运行程 序。

如下图所示,使用命令“./mnt/udisk/ADC”即可检测当前电阻值,中间的大段打印参数 是多次打印寄存器的数值,在驱动实验中再去介绍。

 



 

 

 

调整滑动电阻器之后,再次使用测试程序,如下图所示,输出数值会有变化。



 

 

 

 

 

 

滑动变阻器向顺时针旋转,阻值会减小,最小为 0;

滑动变阻器向逆时针旋转,阻值会增大,最大为 10K。

http://topeetboard.com
————————————————
版权声明:本文为CSDN博主「Chihiro_S」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/Chihiro_S/article/details/103426820

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发表于 2019-12-6 21:20:42 | 显示全部楼层
写个python的用例更好,用C的话还得先交叉编译再拷贝,太麻烦了
发表于 2019-12-7 15:55:16 | 显示全部楼层
这篇干货不少啊           
发表于 2019-12-7 16:11:57 | 显示全部楼层
大牛,厉害
 楼主| 发表于 2020-2-5 14:37:21 | 显示全部楼层
WM_CH 发表于 2019-12-7 15:55
这篇干货不少啊

                  
发表于 2020-2-5 15:20:44 | 显示全部楼层
例子很详细,学习
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