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Lab7：字符设备驱动程序

作者：虚幻星际 | 来源：互联网 | 2023-10-09 19:45

一、连接和器材器材列表：RaspberryPi（树莓派）一块、USB-TTL串口线一根（PL2303芯片）、以太网线一根、8G容量SD卡一张、带windows7操作系统的PC一台、MAX7219驱动的

一、连接和器材

器材列表：

RaspberryPi（树莓派）一块、USB-TTL串口线一根（PL2303芯片）、以太网线一根、8G容量SD卡一张、带windows7操作系统的PC一台、MAX7219驱动的8x8 LED矩阵一个。

MAX7219的VCC, GND, DIN, CS, CLK分别与树莓派左边一列的第1，第5，第4，第3，第2个引脚相连。（1,3,5,7,9）

使用Fritzing画出的外部连接示意图：

实物连接图：

二、实验步骤

a.编写C/C++程序，采用库或虚拟文件系统访问GPIO，实现在矩阵上显示文字或图案；

首先到官网下载最新的datasheet,

找到timingdiagram部分如下：

当要发送数据时，首先把CS拉低，随后每一次CLK上升沿到来时，DIN上的位就会被读入，这样总共进行16次（数据的高位会先读入）。此后必须把CS拉高，否则之前读入的数据会丢失。

读入的数据的前8位是地址，后8为才是真正的数据，格式如下所示：

在点阵上显示字符之前，需要进行初始化，包括选择译码方式，亮度，扫描界限，掉电模式以及显示测试。

我所使用的树莓派上的GPIO库是WiringPi，使用git clone命令下载如下：

下载完成后使用

cd wiringPi

./build

完成编译和安装。

随后写好如下的gpio.c程序：

#include

//set gpio pin number，

//使用WiringPi Pin的编号

int DIN=7;

int CS=9;

int CLK=8;

unsigned char mydisp[36][8]={

{0x1c,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x1c},//0

{0x08,0x18,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x1c},//1

{0x1c,0x22,0x22,0x04,0x08,0x10,0x20,0x3e},//2

{0x1c,0x22,0x02,0x0c,0x02,0x02,0x22,0x1c},//3

{0x04,0x0c,0x14,0x14,0x24,0x1e,0x04,0x04},//4

{0x3e,0x20,0x20,0x3c,0x02,0x02,0x22,0x1c},//5

{0x1c,0x22,0x20,0x3c,0x22,0x22,0x22,0x1c},//6

{0x3e,0x24,0x04,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08},//7

{0x1c,0x22,0x22,0x1c,0x22,0x22,0x22,0x1c},//8

{0x1c,0x22,0x22,0x22,0x1e,0x02,0x22,0x1c},//9

{0x8,0x14,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x22,0x22},//A

{0x3C,0x22,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x3C,0x0},//B

{0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x3C,0x0},//C

{0x7C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x7C,0x0},//D

{0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x7C},//E

{0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x40},//F

{0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x44,0x44,0x3C},//G

{0x44,0x44,0x44,0x7C,0x44,0x44,0x44,0x44},//H

{0x7C,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x7C},//I

{0x3C,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x48,0x30},//J

{0x0,0x24,0x28,0x30,0x20,0x30,0x28,0x24},//K

{0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x7C},//L

{0x81,0xC3,0xA5,0x99,0x81,0x81,0x81,0x81},//M

{0x0,0x42,0x62,0x52,0x4A,0x46,0x42,0x0},//N

{0x3C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x3C},//O

{0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x20,0x20,0x20},//P

{0x1C,0x22,0x22,0x22,0x22,0x26,0x22,0x1D},//Q

{0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x24,0x22,0x21},//R

{0x0,0x1E,0x20,0x20,0x3E,0x2,0x2,0x3C},//S

{0x0,0x3E,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//T

{0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x22,0x1C},//U

{0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18},//V

{0x0,0x49,0x49,0x49,0x49,0x2A,0x1C,0x0},//W

{0x0,0x41,0x22,0x14,0x8,0x14,0x22,0x41},//X

{0x41,0x22,0x14,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//Y

{0x0,0x7F,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x7F},//Z

};

//写一个字节

void MyWriteByte(unsigned char mydata){

unsigned char i;

unsigned char mybit;

for(i=8;i>=1;i--){ //每次写一位

digitalWrite(CLK,LOW); //上升沿写，故先拉低CLK

mybit=mydata&0x80; //先写高位

digitalWrite(DIN,mybit); //放上数据位

mydata=mydata<<1;

digitalWrite(CLK,HIGH);

}

//向特定地址写入一个字节的数据

void MyWrite(unsigned char address, unsigned char data){

digitalWrite(CS,LOW); //拉低CS

MyWriteByte(address); //先写地址

MyWriteByte(data); //再写数据

digitalWrite(CS,HIGH);

}

//初始化

void MyInit(){

MyWrite(0x09,0x00); //译码方式：BCD码

MyWrite(0x0a,0x03); //亮度

MyWrite(0x0b,0x07); //扫描界限；8个数码管显示

MyWrite(0x0c,0x01); //掉电模式：0，普通模式：1

MyWrite(0x0f,0x00); //显示测试：1；测试结束，正常显示：0

}

//用于送出8*8点阵

void MySend(unsigned char * mydata){

int i;

for(i=1;i<=8;i++){

//printf("sending %d, %d\n",i,mydata[i-1]);

MyWrite(i,mydata[i-1]);

}

int main(void)

{

wiringPiSetup();

pinMode(DIN,OUTPUT);

pinMode(CS,OUTPUT);

pinMode(CLK,OUTPUT);

MyInit();

int i=0;

//循环输出0-9，A-Z

while(1){

MySend(mydisp[i]);

delay(500);

i=(i+1)%36;

}

return 0;

}

然后编译：

运行：

随后看到8*8的点阵上不断循环显示0~9，A~Z。比如显示3时的照片如下：

b.编写字符设备驱动程序，直接访问GPIO控制寄存器，能将write()送来的单个字符在矩阵上显示出来。

使用Linux内核的linux/gpio.h提供的GPIO接口，主要使用一个混杂设备，提供一个write接口。并且把用户write进来的一个字符显示到8*8矩阵上。

编写的driver.c文件内容如下：

#include

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("mymatrix");

MODULE_DESCRIPTION("lab7");

//set gpio pin number

static int DIN=4;

static int CS=3;

static int CLK=2;

unsigned char mydisp[36][8]={

{0x1c,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x1c},//0

{0x08,0x18,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x1c},//1

{0x1c,0x22,0x22,0x04,0x08,0x10,0x20,0x3e},//2

{0x1c,0x22,0x02,0x0c,0x02,0x02,0x22,0x1c},//3

{0x04,0x0c,0x14,0x14,0x24,0x1e,0x04,0x04},//4

{0x3e,0x20,0x20,0x3c,0x02,0x02,0x22,0x1c},//5

{0x1c,0x22,0x20,0x3c,0x22,0x22,0x22,0x1c},//6

{0x3e,0x24,0x04,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08},//7

{0x1c,0x22,0x22,0x1c,0x22,0x22,0x22,0x1c},//8

{0x1c,0x22,0x22,0x22,0x1e,0x02,0x22,0x1c},//9

{0x8,0x14,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x22,0x22},//A

{0x3C,0x22,0x22,0x3E,0x22,0x22,0x3C,0x0},//B

{0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x3C,0x0},//C

{0x7C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x7C,0x0},//D

{0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x7C},//E

{0x7C,0x40,0x40,0x7C,0x40,0x40,0x40,0x40},//F

{0x3C,0x40,0x40,0x40,0x40,0x44,0x44,0x3C},//G

{0x44,0x44,0x44,0x7C,0x44,0x44,0x44,0x44},//H

{0x7C,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x7C},//I

{0x3C,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x48,0x30},//J

{0x0,0x24,0x28,0x30,0x20,0x30,0x28,0x24},//K

{0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x7C},//L

{0x81,0xC3,0xA5,0x99,0x81,0x81,0x81,0x81},//M

{0x0,0x42,0x62,0x52,0x4A,0x46,0x42,0x0},//N

{0x3C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x3C},//O

{0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x20,0x20,0x20},//P

{0x1C,0x22,0x22,0x22,0x22,0x26,0x22,0x1D},//Q

{0x3C,0x22,0x22,0x22,0x3C,0x24,0x22,0x21},//R

{0x0,0x1E,0x20,0x20,0x3E,0x2,0x2,0x3C},//S

{0x0,0x3E,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//T

{0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x22,0x1C},//U

{0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x24,0x18},//V

{0x0,0x49,0x49,0x49,0x49,0x2A,0x1C,0x0},//W

{0x0,0x41,0x22,0x14,0x8,0x14,0x22,0x41},//X

{0x41,0x22,0x14,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8},//Y

{0x0,0x7F,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x7F},//Z

};

//写一个字节

void MyWriteByte(unsigned char mydata){

unsigned char i;

unsigned char mybit;

for(i=8;i>=1;i--){ //每次写一位

gpio_set_value(CLK,0); //上升沿写，故先拉低CLK

mybit=mydata&0x80; //先写高位

gpio_set_value(DIN,mybit); //放上数据位

mydata=mydata<<1;

gpio_set_value(CLK,1);

}

//向特定地址写入一个字节的数据

void MyWrite(unsigned char address, unsigned char data){

gpio_set_value(CS,0); //拉低CS

MyWriteByte(address); //先写地址

MyWriteByte(data); //再写数据

gpio_set_value(CS,1);

}

//初始化

void MyInit(void){

MyWrite(0x09,0x00); //译码方式：BCD码

MyWrite(0x0a,0x03); //亮度

MyWrite(0x0b,0x07); //扫描界限；8个数码管显示

MyWrite(0x0c,0x01); //掉电模式：0，普通模式：1

MyWrite(0x0f,0x00); //显示测试：1；测试结束，正常显示：0

}

//送出输入的一个字符

void MySend(unsigned char * mydata){

int i;

int which;

if(*mydata>='0'&&*mydata<='9') //数字

which=*mydata-'0';

else if(*mydata>='A' && *mydata<='Z') //字母

which=*mydata-'A'+10;

else which=0;

for(i=1;i<=8;i++) //每次送出点阵的一行

{

MyWrite(i,mydisp[which][i-1]);

}

//字符设备提供给应用程序的write接口，将用户传入的一个字符显示到8*8点阵上

static int mywrite_char(struct file *file, const char __user *mychar,

size_t count, loff_t *ppos){

MySend(mychar);

return count;

}

static struct file_operations mywrite = {

.owner = THIS_MODULE,

.write = mywrite_char,

.llseek = noop_llseek //do nothing

};

//使用混杂设备

static struct miscdevice mymatrix = {

.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //number

.name = "mymatrix", //name

.fops = &mywrite //file operation

};

//模块被载入时

static __init int mydriver_start(void){

char a='0'; //默认显示

//检测GPIO号是否合法

if (gpio_is_valid(DIN)==0|| gpio_is_valid(CLK)==0|| gpio_is_valid(CS)==0){

printk( "Invalid pin number.\n");

return -ENODEV;

}

//注册混杂设备

misc_register(&mymatrix);

gpio_request(DIN, "sysfs");

gpio_direction_output(DIN, 0);

gpio_request(CS,"sysfs");

gpio_direction_output(CS, 1);

gpio_request(CLK,"sysfs");

gpio_direction_output(CLK, 0);

//初始化

MyInit();

MySend(&a);

printk("My driver started.\n");

return 0;

}

//模块被卸载时

static __exit void mydriver_end(void){

misc_deregister(&mymatrix);

printk("<0>My driver ended.\n");

}

module_init(mydriver_start);

module_exit(mydriver_end);

Makefile文件内容如下：

TARGET = driver

KVER ?= $(shell uname -r)

KDIR = /home/xuanzhuanecy/modules/lib/modules/4.4.11+/build/

PWD = $(shell pwd)

obj-m += $(TARGET).o

default:

make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

在ubuntu下编译：

随后scp生成的driver.ko到树莓派下。

安装模块：

此后看到了8*8矩阵上显示初始化数字0：

然后我们进入树莓派的/dev，输入如下命令;

最后使用sudo echo Z > mymatrix 向字符设备写入单个字符：

可以看到8*8的矩阵显示了字母Z：

还可以直接编写C程序调用字符设备mymatrix的write接口，

如下程序以1s为周期，循环显示0~9,A~Z

/*File name: lab7_test.c*/

#include

int main(){

int fd;

int write_try;

fd=open("/dev/mymatrix",O_RDWR); //打开字符设备

if(fd == 1){

printf("Open failed.\n");

exit(-1);

}

int index=0;

char dis_number[36]="0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; //循环显示的字符队列

while(1){

write_try=write(fd,&dis_number[index],1); //写字符设备

if(write_try == -1){

printf("write failed.\n");

exit(-1);

}

index=(index+1)%36;

sleep(1);

}

return 0;

}

在树莓派下编译执行：

随后看到矩阵以1s为间隔，循环显示0~9，A~Z。

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