Linux之字符设备控制

一、入口 main 函数的参数

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、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

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

2、main 函数例程

编写简单的 argvc.c 文件测试 main 函数。

代码如下所示，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”。

#include<stdio.h> 
#include<string.h>

//argument count变元计数
//argument value变元值
int main(int argc,char *argv[])
{
	int i,j;
	i = atoi(argv[1]);
	j = atoi(argv[2]);
	
	printf("the Program name is %s\n",argv[0]);
	
	printf("The command line has %d argument:\n",argc-1);
	
	printf("%d,%d\n",i,j);
	
	return 0;
}
           

编译成可执行的文件argvc，拷贝到 U 盘，启动最小Linux系统，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。因为运行的程序是“./mnt/udisk/argvc”，这是第一个参数

The command line has 2 argument:输入的个数有两个。

10,11。输入的参数是 10 和 11，对应 argv[1]和 argv[2]。

二、字符类 led 灯

1、led灯简介

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。

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、小灯测试例程

#include <stdio.h>
//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>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

//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
//cmd为0，则灭，为1，则亮；
//io为0则是靠近蜂鸣器的小灯，为1则靠近独立按键的小灯
int main(int argc,char *argv[])
{
	int fd,led_num,led_c;
	char *leds = "/dev/leds";

	led_num = LED_NUM;
	led_c = LED_C;
	
	printf("argv1 is cmd;argv2 is io \n"); 
	//对传入的参数进行判断，超出范围直接退出
	if (atoi(argv[1]) >= led_c) {
		printf("argv1 is 0 or 1）");
		exit(1);
	}
	if (atoi(argv[2]) >= led_num) {
		printf("argv2 is 0 or 1）");
		exit(1);
	}
	//使用ioctl函数将参数传入内核
	if((fd = open(leds, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0)
		printf("open %s failed\n",leds);   
	else{
			ioctl(fd,atoi(argv[1]),atoi(argv[2]));
			printf("ioctl %s success\n",leds);
		}
	close(fd);
	
	return(1);
}
           

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，使用命令“./mnt/udisk/leds 0 0”运行程序如下。可以看到其中一个灯灭了。

三、字符类 Buzzer 蜂鸣器

1、蜂鸣器简介

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。

2、蜂鸣器测试例程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define BUZZER_C 2
int main(int argc,char *argv[]){
	char *buzzer_ctl = "/dev/buzzer_ctl";
	int fd,ret,buzzer_c;
	
	buzzer_c = BUZZER_C;
	
	if(atoi(argv[1]) >= buzzer_c ){
		printf("argv[1] is 0 or 1\n");
		exit(1);
	}
	
	if((fd = open(buzzer_ctl,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0){
		printf("open %s failed\n",buzzer_ctl);
		exit(1);
	}
	
	ret = ioctl(fd,atoi(argv[1]),atoi(argv[2]));
	close(fd);
	
	return 0;
}
           

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，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（只有一个IO口，不需要判断）。运行程序如下。

四、字符类 ADC 模数转换

1、ADC 模数转换简介

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=R12VDD1V8_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 = r10000/0xfff,即 R = r*10000/4095。

这个小公式在后面的代码中将会使用到。

2、模数转换例程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <termios.h>

int main(void){
	int fd;
	char *adc = "/dev/adc";
	char buffer[512];
	int len=0, r=0;
	
	memset(buffer,0,sizeof(buffer));
		printf("adc ready!\n");
	
	if((fd = open(adc, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0)
		printf("open adc err!\n");
	else{
		printf("open adc success!\n");
		
		len=read(fd,buffer,10);	
		
		if(len == 0)
			printf("return null\n");
		else{
			r = atoi(buffer);
			r = (int)(r*10000/4095);	//Datas  transition to Res
			printf("res value is %d\n",r);
		}			
	}
}
           

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