基于petalinux内核源码编写字符设备驱动

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前言

一个基础的petalinux工程，在配置工程的时候即可在图形界面进行kernel配置，然后编译出内核镜像，并且要在编译完整个工程后才有内核源码，且目录部分与传统Soc的SDK kernel部分不同。在驱动开发中，如果想要单独写驱动并在Xilinx平台上运行，该怎样操作呢？

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一、字符设备基础

字符设备：是指只能按byte进行读写操作的设备，以字节为单位进行数据传输，不能随机读取设备中的某一数据、读取数据要按照先后数据。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED等。
一般每个字符设备或者块设备都会在/dev目录（可以是任意目录，这样是为了统一）下对应一个设备文件。linux用户层程序通过设备文件来使用驱动程序操作字符设备或块设备。

二、开发环境

petalinux版本：2022.2
kernel版本：5.15
开发板：ZCU106

三、编写驱动

1.内核目录

编译内核模块，最关键的是找到内核源码路径和选择好编译器，以上述版本为例，编译完petalinux工程后，生成的内核源码路径如下：

/home/lzw/petalinux/project/zcu106_demo/build/tmp/work/xilinx_zcu106-xilinx-linux/linux-xlnx/5.15.36+gitAUTOINC+19984dd147-r0/linux-xilinx_zcu106-standard-build

2.编写驱动

重要的结构体：Linux下一切皆是“文件”，struct file_operations中的成员函数会在用户层进行open(),read(),write(),close()等系统调用时最终被内核驱动调用。就像应用层写数据直接用系统调用的接口write(),不用关心对应驱动部分的write()是怎么实现的。下面列出一些常用的成员：

struct file_operations {
   
	struct module *owner;							//THIS_MODULE
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);	//修改读写位置
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);	//读取文件
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);	//写入文件
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);	//轮询，查询是否可以非阻塞读写
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);	//32位ioctl
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);		//64位ioctl
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);	//内存映射，帧缓冲用的多
	int (*open) (struct inode *, struct file *);			//打开设备
	int (*release) (struct inode *, struct file *);			//释放设备，对应close()
	int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);	//刷新数据
	int (*fasync) (int, struct file *, int);				//异步刷新数据
	...
};

搭建字符设备驱动框架，常用的几个接口如下：

static int __init test_init(void)