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このページは｢24環境｣の情報です 第１６回 デバイスドライバ入門編(CAT709) †海老原祐太郎
2003/8/7
Linuxでのデバイスドライバの書き方は、とっつきさえ分かってしまえばさほど 基本的なこと †Linuxでのデバイスドライバを書く前に、おさえて置きべき基本的なことをまとめました。
while(1) ; は際限の無い無限ループに突入して死んでしまいますが、 outb(レジスタ番号, インデックスレジスタ); outb(本ちゃんデータ, データレジスタ); のような処理は必ず連続して実行できるので（間にかってに他のタスクに切り替わったりしない）
CAT709ハードウェア的なこと †linuxとは離れますが、CAT709のハードウェア的なことをおさらいします。  CPUのポートJ に接続されています。 コンパイル方法 †基本的にはデバイスドライバの開発は開発機で行います。 説明するよりもコードを載せたほうが早いので、コードを載せます。 /*
* cat709port.c
* for linux-2.4 kernel
* written by Y.Ebihara
*/
/* Makefile は次のようになる
# cat709のカーネルを展開してビルドしたディレクトリを指定する
KERNEL=/home/ebihara/cat709-root-dir/usr/src/linux
CFLAGS=-O2 -I${KERNEL}/include
CC=sh3-linux-gcc
all:cat709port.o
clean:
rm *.o
*/
#define MODULE
#define __KERNEL__
#define DEFAULT_MAJOR_NUM 241
#define DEVNAME "cat709port"
/* control register */
#define PCCR 0xa4000104
#define PDCR 0xa4000106
#define PLCR 0xa4000114
/* data register */
#define PCDR 0xa4000124
#define PDDR 0xa4000126
#define PJDR 0xa4000130
#define PLDR 0xa4000134
enum miscport_minor{
DIPSW, // 0
LED1, // 1
LED2, // 2
MINOR_MAX
};
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
/* -------------------------------------------------------- */
/* I/O access */
/* 実際のI/O操作を行う関数 */
/* -------------------------------------------------------- */
// inb(), outb() はcat709_port_map()によるアドレス変換の対象となる
// 一方、ctrl_outb(), ctrl_inb()はアドレス変換の対象とならない。
// 従って物理番地を直接書きたいときは ctrl_ を使う（速度も速い）
// unsigned char ctrl_inb(unsigned long 物理番地)
// ctrl_outb(unsigned char データ, unsigned long 物理番地)
static void init_cat709port(){
// initialize
}
/* LED OUTPUT */
/* led=1 or 2, data= 1 or 0 */
static void cat709_led(int led, int data){
int x;
led &= 0x3;
led <<= 6;
x=ctrl_inb(PJDR);
if(data)
x &= ~led;
else
x |= led;
ctrl_outb(x,PJDR);
}
/* DIPSW INPUT */
static int cat709_dipsw(void){
int x1,x2;
x1 = ~ctrl_inb(PJDR) >> 1;
x2 = x1 >> 1;
return (x1 & 0x01) | (x2 & 0x0e);
}
/* -------------------------------------------------------- */
/* file operation method */
/* キャラクター型デバイスドライバ */
/* -------------------------------------------------------- */
// 大雑把に言うと ユーザープロセスはデバイスファイルを「ファイルとみなして」
// open() し read(), write()を行う。
// デバイスメソッドは プロセスから呼び出される『サブルーチン』と思えば
// 大体あっている
// 従って open()やread(), write() は カーネル空間のテキストだが
// 『pidを持ったまま』プロセスのコンテキストとして走行する。
// このドライバをプロセスが open() したときに呼び出される
static int cat709port_open(struct inode *inode, struct file *filp){
int minor;
// マイナー番号取得マクロ
minor=MINOR(inode->i_rdev);
if(minor > MINOR_MAX){
printk("<1>cat709port open() error");
return -ENODEV;
}
// モジュールの『利用度』を１あげる
MOD_INC_USE_COUNT;
// filp->private_data は void* 型の変数で、プロセンス単位(openされる毎)の
// データは private_data に保存する。
// *filpは すべてのデバイスメソッドで引数としてやってくるので
// filp->private_data はすべてのデバイスメソッドから参照することができる。
// 変数がひとつで足りないときは 構造体の形をあらかじめ定義しておいて
// open()時にkmalloc() で構造体の実態を作り、ポインタを private_data に格納する。
// もちろん デバイスをclose() するときに kfree()することを忘れないように
filp->private_data = (void*)minor;
return 0;
}
static int cat709port_close(struct inode *inode, struct file *filp){
// モジュールの『利用度』を１下げる
MOD_DEC_USE_COUNT;
return 0;
}
static int cat709port_read(struct file *filp, char *user_buf,size_t count,loff_t *ppos){
char buffer[100];
int len;
int data;
static int flag=0;
if(flag==0){
flag=1;
switch((int)(filp->private_data)){
case DIPSW:
data=cat709_dipsw();
len=sprintf(buffer,"%d\n",data);
// copy_to_user(転送先,転送元,バイト長) で
// ユーザープロセスにデータを返す
copy_to_user(user_buf,buffer,len);
return len; // 転送バイト数を返す
}
}
flag=0;
return 0;
// 戻り値は
// 負:エラー
// 0 :end-of-file に到達
// 正:転送したバイト数
// としなければならない
// flag変数で１回おきに0を返すことによって、catコマンドで読んだときに
// 1回目の呼び出しはデータを取得し、2回目の呼び出しでeofになるので終了する
}
static int cat709port_write(struct file *filp, const char *user_buf,size_t count,loff_t *ppos){
char buffer[100];
int data;
switch((int)(filp->private_data)){
case LED1:
copy_from_user(buffer,user_buf,1);
if(buffer[0]=='0')
cat709_led(1, 0);
else if(buffer[0]=='1')
cat709_led(1, 1);
return count;
case LED2:
copy_from_user(buffer,user_buf,1);
if(buffer[0]=='0')
cat709_led(2, 0);
else if(buffer[0]=='1')
cat709_led(2, 1);
return count;
}
return count;
// 戻り値は
// 負:エラー
// 0 :end-of-file に到達
// 正:転送したバイト数
// としなければならない
// write()の時は、ユーザープロセスが書き出ししたかったバイト数(count)を
// 全部返してあげるのでユーザープロセスは大満足する(^-^)
}
// file_operations構造体とはジャンプテーブルやベクターテーブルのようなもので
// デバイスファイルを open() read() write() close() されたときに呼び出す
// 関数一覧である
static struct file_operations cat709port_fops = {
owner:THIS_MODULE, // おまじない
read:cat709port_read, // read
write:cat709port_write, // write
open:cat709port_open, // open
release:cat709port_close // close
};
/* -------------------------------------------------------- */
/* driver module load / unload */
/* -------------------------------------------------------- */
// モジュールがロードされたとき(insmod されたとき)は
// init_module()が呼ばれる
// 戻り値は
// 負:エラー発生
// 0 :正常終了
// とする。負を返すとモジュールは常駐しない
static int init_module(void){
printk("<1>cat709port hello\n");
// register_chrdev(メジャー番号, デバイス名,
// ファイルオペレーションズ構造体へのポインタ)
// で、カーネルに対してキャラクタ型デバイスドライバの登録を行う
if(register_chrdev(DEFAULT_MAJOR_NUM,DEVNAME,&cat709port_fops) != 0){
printk("<1>cat709port register fail\n");
return -1;
}
// ハードウェア的な初期化
init_cat709port();
return 0;
}
// モジュールがアンロードされたときき (rmmod されたとき)は
// cleanup_module()が呼び出される
static void cleanup_module(void){
printk("<1>cat709port goodby\n");
unregister_chrdev(DEFAULT_MAJOR_NUM,DEVNAME);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
/*
ちなみにこのドライバの使い方は以下の通り
■ 準備
# rommode rw
# mkdir /lib/modules/2.4.21/kernel/drivers/misc
# cp cat709port.o /lib/modules/2.4.21/kernel/drivers/misc
# depmod -a
# modprobe cat709port
メジャー番号241, マイナー番号0
# mknod /dev/cat709dipsw c 241 0
# chmod 444 /dev/cat709dipsw
メジャー番号241, マイナー番号1
# mknod /dev/cat709led1 c 241 1
# chmod 666 /dev/cat709led1
メジャー番号241, マイナー番号2
# mknod /dev/cat709led2 c 241 2
# chmod 666 /dev/cat709led2
■ 使い方
$ cat /dev/cat709dipsw
0〜15が読める
$ echo 1 > /dev/cat709led1
LED1が点灯する
$ echo 0 > /dev/cat709led2
LED2が消灯する
*/
Makefileは以下のようになります。 KERNEL=/home/ebihara/cat709-root-dir/usr/src/linux
CFLAGS=-O2 -I${KERNEL}/include
CC=sh3-linux-gcc
all:cat709port.o
clean:
rm *.o # rmの前にはTABを入れてね
コンパイルは make するだけです。 $ make $ file cat709port.o cat709port.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Hitachi SH, version 1 (SYSV), not stripped デバイスドライバのロードと実行 †以下の作業は CAT709 で行います。 ドライバを組み込む # insmod /NFSマウント/開発機のどこかのディレクトリ/cat709port.o cat709port hello 組み込まれたか確認する # lsmod Module Size Used by Not tainted cat709port 1468 0 ds 6332 0 (unused) sh3_ss 3212 3 pcmcia_core 34880 0 [ds sh3_ss] メジャー番号を調べる # cat /proc/devices Character devices: 1 mem 2 pty 3 ttyp 4 ttyS 5 cua 10 misc 90 mtd 108 ppp 128 ptm 136 pts 162 raw 204 ttySC 205 cusc 241 cat709port ←241番に登録された 254 pcmcia そうしたらデバイスファイルも作ります。 # rommode rw メジャー番号241, マイナー番号0 # mknod /dev/cat709dipsw c 241 0 # chmod 444 /dev/cat709dipsw メジャー番号241, マイナー番号1 # mknod /dev/cat709led1 c 241 1 # chmod 666 /dev/cat709led1 メジャー番号241, マイナー番号2 # mknod /dev/cat709led2 c 241 2 # chmod 666 /dev/cat709led2 # rommode ro 実際に使ってみます $ cat /dev/cat709dipsw 0〜15が読める $ echo 1 > /dev/cat709led1 LED1が点灯する $ echo 0 > /dev/cat709led2 LED2が消灯する 組 込 み †ドライバの動作検証ができたのでCAT709に保存します。 以下の作業は CAT709で行います。 # rommode rw # mkdir /lib/modules/2.4.21/kernel/drivers/misc # cp cat709port.o /lib/modules/2.4.21/kernel/drivers/misc # depmod -a # vi /etc/modules 1行追加する cat709port # rommode ro /etc/modules ファイルにモジュール名を追加しておくと、 詳しくは †ここで取り上げたのはlinuxデバイスドライバの一番簡単な例です。 |