嵌入式Linux 开发经验：编写用户态应用程序打开 misc 设备

参考文章

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ubuntu 20.04 qemu linux6.0.1 开发环境搭建

ubuntu 20.04 qemu linux6.0.1 制作ext4根文件系统

嵌入式Linux 开发经验：platform_driver_register 的使用方法

嵌入式Linux 开发经验：注册一个 misc 设备

• 通过以上的文章，应该可以搭建一个 基于 qemu 的 Linux 设备驱动开发验证平台，开发方法是 VS Code 远程连接 ubuntu 20.04，Linux 内核 在 ubuntu 主机上。

测试环境搭建

• ubuntu 20.04

• VMware Workstation Pro 16

• 基于qemu（模拟器），vexpress-a9 平台

• Linux 6.0.10 (当前最新版本）

• 编写一个简单的用户态应用程序，打开与关闭 Linux 内核注册的misc 驱动设备，掌握misc 设备使用方法：打开与关闭的方法

用户态应用程序

• Linux 系统分为内核态与用户态，驱动一般写在内核态，用户态想访问内核态注册的驱动设备，需要通过 文件操作 API，如 open、close、read、write、ioctl 等

• Linux misc 设备，一般不提供 read 与 write，而是提供 open 、close、 ioctl 等接口，open 用于打开设备， close 用于关闭设备， 而 ioctl 虽然是一个 API，但是可以通过 命令，实现多个操作

• 假如 内核态的驱动设备 是个【空调】，开机后内核注册了这个设备，就像是安装在了家里，如果不【上电】，空调就无法工作，用户需要【遥控器】去操作这个【空调】，用户程序的操作就类似于【遥控器】的操作，不是直接打开【空调】盖子上电，通过【遥控器】的命令就可以实现多个操作

编写用户程序

• 用户程序不需要放在 Linux 内核目录下编译，可以单独放在其他的目录，上篇注册了一个 misc 的设备，本篇写个简单的 用户态程序，打开或者关闭这个 misc 设备

• 编写 led_control.c，位置可以随便放，我放在 /home/zhangsz/linux/apps/led_control 目下

• 当前只有打开与关闭的操作，后续再实现 ioctl 控制操作

#include 
#include 
#include 
#include 

#define LED_CONTROL_DEVICE_NAME		"/dev/led_misc"

int led_dev_fd = -1;

/* 打开操作 API，这个 API其实比较的底层，也就是用户高层的应用，可以调用这个 API */
int led_dev_init(void)
{
	int fd;
	fd = open(LED_CONTROL_DEVICE_NAME, O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("%s : open device error\n", __func__);
		return -1;
	}
	led_dev_fd = fd;
	
	printf("%s : ok\n", __func__);
	return 0;
}

/* 关闭操作 API，这个 API其实比较的底层，也就是用户高层的应用，可以调用这个 API */
int led_dev_deinit(void)
{
	if (close(led_dev_fd) != 0)
	{
		printf("%s : error\n", __func__);
		return -1;
	}
		
	printf("%s : ok\n", __func__);
	return 0;
}

/* API 调用的测试，实际用户程序当然不只是这么简单 */
int main(int argc, char **argv)
{
	printf("%s : enter\n", __func__);
	led_dev_init();
	led_dev_deinit();
	printf("%s : exit\n", __func__);
	
	return 0;
}
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编译方法

• 可以直接使用命令行编译，也可以编写Makefile，因为当前的用户程序就是一个文件，所以写个简单的Makefile编译，后面就不用一直输入较长的gcc 命令来编译了

• 新建 Maekfile 文件，放在 /home/zhangsz/linux/apps/led_control 目下

all:
	arm-linux-gnueabihf-gcc led_control.c -o led_control
clean:
	rm -rf *.o led_control
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• Makefile 注意缩进使用的 TAB（制表符），而不是空格

• 然后在Linux shell 中 输入 make 就可以编译了

zhangsz@zhangsz:~/linux/apps/led_control$ make
arm-linux-gnueabihf-gcc led_control.c -o led_control
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• 这里生成了可执行的文件 led_control，这个文件需要放在 Linux 根文件系统中，在 shell 手动执行这个文件才能工作，当然后期可以写个自动调用的shell 脚步放在板子上自动调用执行

运行用户程序

• 这里是 基于 qemu 的 ext4 的 镜像，只要把 镜像文件挂载到某个目录下，然后把 led_control 复制进去，然后 umount 后，这个文件就加入到根文件系统镜像里面了

• 相关操作

/* apps led_control 路径 */
zhangsz@zhangsz:~/linux/apps/led_control$ ls
led_control  led_control.c  Makefile


zhangsz@zhangsz:~/linux/apps/led_control$ cd ../../rootfs/
zhangsz@zhangsz:~/linux/rootfs$ ls
1130  boot_qemu.sh  ext4_rootfs  make_rootfs.sh  rootfs.ext4.img  rootfs_mnt  vexpress-v2p-ca9.dtb  zImage

/* ext4 根文件系统镜像文件，使用 mount 挂载到一个目录 */
zhangsz@zhangsz:~/linux/rootfs$ sudo mount rootfs.ext4.img rootfs_mnt/
[sudo] password for zhangsz: 

/* led_control 复制到 根文件系统镜像文件挂载的目录内 */
zhangsz@zhangsz:~/linux/rootfs$ sudo cp ../apps/led_control/led_control rootfs_mnt/home/root/

/* umount 后，文件就复制进根文件系统镜像文件中了 */
zhangsz@zhangsz:~/linux/rootfs$ sudo umount rootfs_mnt 
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• 运行qemu ： ./boot_qemu.sh rootfs.ext4.img ，这里使用的 shell 脚本，具体命令行为

qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -dtb vexpress-v2p-ca9.dtb -kernel zImage -nographic -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" -sd rootfs.ext4.img
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• 注意启动 qemu 前， 设备树 dbt 文件 vexpress-v2p-ca9.dtb 与内核文件 zImage 都在同一个目录下

zhangsz@zhangsz:~/linux/rootfs$ ls
1130  boot_qemu.sh  ext4_rootfs  make_rootfs.sh  rootfs.ext4.img  rootfs_mnt  vexpress-v2p-ca9.dtb  zImage
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• 进入qemu Linux shell，通过 ls sys/class/misc/ -la 可以查看当前注册的 misc 设备，这里是 led_misc

• 进入 /home/root/ ，运行 ./led_control，可以看到 设备 打开 与关闭的信息，说明 用户应用程序成功的打开与关闭了 内核驱动 注册的 led_misc 设备

小结

• 本篇记录Linux 用户态 应用程序的编写编译方法，通过标准文件接口 open close 对 内核注册的 misc 设备进行 打开与关闭。

• misc 设备最有用的一般是 ioctl 命令，用户可以通过自定义实现多个 基于ioctl 的 cmd 命令，实现各种各样的操作。