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Linux系统驱动开发(一)

Linux系统驱动设备有那些类?Linux系统驱动如何学习?针对以上问题良许教程网为大家分享一下关于Linux系统驱动开发的教程,有需要的小伙伴可以参考一下。

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基础性总结

1, linux驱动一般分为3大类:

* 字符设备 * 块设备 * 网络设备

2, 开发环境构建:

* 交叉工具链构建 * NFS和tftp服务器安装

3, 驱动开发中设计到的硬件:

* 数字电路知识 * ARM硬件知识 * 熟练使用万用表和示波器 * 看懂芯片手册和原理图

4, linux内核源代码目录结构:

这里写图片描述 * arch/: arch子目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。它的每一个子目录都代表一种支持的体系结构,例如i386就是关于intel cpu及与之相兼容体系结构的子目录。 * block/: 部分块设备驱动程序; * crypto: 常用加密和散列算法(如AES、SHA等),还有一些压缩和CRC校验算法; * documentation/: 文档目录,没有内核代码,只是一套有用的文档; * drivers/: 放置系统所有的设备驱动程序;每种驱动程序又各占用一个子目录:如,/block 下为块设备驱动程序,比如ide(ide.c)。如果你希望查看所有可能包含文件系统的设备是如何初始化的,你可以看 drivers/block/genhd.c中的device_setup()。 * fs/: 所有的文件系统代码和各种类型的文件操作代码,它的每一个子目录支持一个文件系统, 例如fat和ext2; * include/: include子目录包括编译核心所需要的大部分头文件。与平台无关的头文件在 include/linux子目录下,与 intel cpu相关的头文件在include/asm-i386子目录下,而include/scsi目录则是有关scsi设备的头文件目录; * init/: 这个目录包含核心的初始化代码(注:不是系统的引导代码),包含两个文件main.c和Version.c,这是研究核心如何工作的好的起点之一; * ipc/: 这个目录包含核心的进程间通讯的代码; * kernel/: 主要的核心代码,此目录下的文件实现了大多数linux系统的内核函数,其中最重要的文件当属sched.c;同样,和体系结构相关的代码在arch/i386/kernel下; * lib/: 放置核心的库代码; * mm/:这个目录包括所有独立于 cpu 体系结构的内存管理代码,如页式存储管理内存的分配和释放等;而和体系结构相关的内存管理代码则位于arch/i386/mm/下; * net/: 核心与网络相关的代码; * scripts/: 描述文件,脚本,用于对核心的配置; * security: 主要是一个SELinux的模块; * sound: 常用音频设备的驱动程序等; * usr: 实现了用于打包和压缩的cpio;

5, 内核的五个子系统:

* 进程调试(SCHED) * 内存管理(MM) * 虚拟文件系统(VFS) * 网络接口(NET) * 进程间通信(IPC)

6, linux内核的编译:

* 配置内核:make menuconfig,使用后会生成一个.confiig配置文件,记录哪些部分被编译入内核,哪些部分被编译成内核模块。 * 编译内核和模块的方法:make zImage Make modules * 执行完上述命令后,在arch/arm/boot/目录下得到压缩的内核映像zImage,在内核各对应目录得到选中的内核模块。

7, 在linux内核中增加程序

(直接编译进内核)要完成以下3项工作: * 将编写的源代码拷入linux内核源代码相应目录 * 在目录的Kconifg文件中增加关于新源代码对应项目的编译配置选项 * 在目录的Makefile文件中增加对新源代码的编译条目

8, linux下C编程的特点:

内核下的Documentation/CodingStyle描述了linux内核对编码风格的要求。具体要求不一一列举,以下是要注意的: * 代码中空格的应用 * 当前函数名: GNU C预定义了两个标志符保存当前函数的名字,__FUNCTION__保存函数在源码中的名字,__PRETTY_FUNCTION__保存带语言特色的名字。 由于C99已经支持__func__宏,在linux编程中应该不要使用__FUNCTION__,应该使用__func__。 *内建函数:不属于库函数的其他内建函数的命名通常以__builtin开始。

9,内核模块

内核模块主要由如下几部分组成: (1) 模块加载函数 (2) 模块卸载函数 (3) 模块许可证声明(常用的有Dual BSD/GPL,GPL,等) (4) 模块参数(可选)它指的是模块被加载的时候可以传递给它的值,它本身对应模块内部的全局变量。例如P88页中讲到的一个带模块参数的例子: insmod book.ko book_name=”GOOD BOOK” num=5000 (5) 模块导出符号(可选)导出的符号可以被其他模块使用,在使用之前只需声明一下。 (6) 模块作者等声明信息(可选) 以下是一个典型的内核模块:

 /*
  * A kernel module: book
  * This example is to introduce module params
  *
  * The initial developer of the original code is Baohua Song
  * . All Rights Reserved.
  */
 
 #include 
 #include 
 
 static char *book_name = “dissecting Linux Device Driver”;
 static int num = 4000;
 
 static int book_init(void)
 {
         printk(KERN_INFO “ book name:%s\n”,book_name);
         printk(KERN_INFO “ book num:%d\n”,num);
         return 0;
 }
 
 static void book_exit(void)
 {
         printk(KERN_INFO “ Book module exit\n “);
 }
 
 module_init(book_init);
 module_exit(book_exit);
 module_param(num, int, S_IRUGO);
 module_param(book_name, charp, S_IRUGO);
 MODULE_AUTHOR(“Song Baohua, author@linuxdriver.cn”);
 MODULE_LICENSE(“Dual BSD/GPL”);
 MODULE_DESCRIPTION(“A simple Module for testing module params”);
 MODULE_VERSION(“V1.0”);12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334

注意:标有init的函数在链接的时候都放在.init.text段,在.initcall.init中还保存了一份函数指针,初始化的时候内核会通过这些函数指针调用init函数,在初始化完成后释放init区段。 模块编译常用模版:

 KVERS = $(shell uname -r)
 # Kernel modules
 obj-m += book.o
 # Specify flags for the module compilation.
 #EXTRA_CFLAGS=-g -O0
 build: kernel_modules
 kernel_modules:
         make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) modules
 
 clean:
         make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) clean1234567891011

注意要指明内核版本,并且内核版本要匹配——编译模块使用的内核版本要和模块欲加载到的那个内核版本要一致。 模块中经常使用的命令:

 insmod,lsmod,rmmod
 1

系统调用:

 int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode);
 1

flag表示文件打开标志,如:O_RDONLY mode表示文件访问权限,如:S_IRUSR(用户可读),S_IRWXG(组可以读、写、执行)

10,linux文件系统与设备驱动的关系

这里写图片描述 应用程序和VFS之间的接口是系统调用,而VFS与磁盘文件系统以及普通设备之间的接口是file_operation结构体成员函数。 两个重要的函数: (1)struct file结构体定义在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11内核)中定义。文件结构体代表一个打开的文件,系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建,并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后,内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码中,struct file的指针通常被命名为file或filp。 在驱动开发中,文件读/写模式mode、标志f_flags都是设备驱动关心的内容,而私有数据指针private_data在驱动中被广泛使用,大多被指向设备驱动自定义的用于描述设备的结构体。驱动程序中常用如下类似的代码来检测用户打开文件的读写方式:

 if (file->f_mode & FMODE_WRITE) //用户要求可写
 {
 }
 if (file->f_mode & FMODE_READ) //用户要求可读
 {
 }123456

下面的代码可用于判断以阻塞还是非阻塞方式打开设备文件:

 if (file->f_flags & O_NONBLOCK) //非阻塞
 pr_debug("open:non-blocking\n");
 else //阻塞
 pr_debug("open:blocking\n");1234

(2)struct inode结构体定义在linux/fs.h中

11,devfs、sysfs、udev三者的关系:

(1)devfs linux下有专门的文件系统用来对设备进行管理,devfs和sysfs就是其中两种。在2.4内核4一直使用的是devfs,devfs挂载于/dev目录下,提供了一种类似于文件的方法来管理位于/dev目录下的所有设备,我们知道/dev目录下的每一个文件都对应的是一个设备,至于当前该设备存在与否先且不论,而且这些特殊文件是位于根文件系统上的,在制作文件系统的时候我们就已经建立了这些设备文件,因此通过操作这些特殊文件,可以实现与内核进行交互。但是devfs文件系统有一些缺点,例如:不确定的设备映射,有时一个设备映射的设备文件可能不同,例如我的U盘可能对应sda有可能对应sdb;没有足够的主/次设备号,当设备过多的时候,显然这会成为一个问题;/dev目录下文件太多而且不能表示当前系统上的实际设备;命名不够灵活,不能任意指定等等。 (2)sysfs 正因为上述这些问题的存在,在linux2.6内核以后,引入了一个新的文件系统sysfs,它挂载于/sys目录下,跟devfs一样它也是一个虚拟文件系统,也是用来对系统的设备进行管理的,它把实际连接到系统上的设备和总线组织成一个分级的文件,用户空间的程序同样可以利用这些信息以实现和内核的交互,该文件系统是当前系统上实际设备树的一个直观反应,它是通过kobject子系统来建立这个信息的,当一个kobject被创建的时候,对应的文件和目录也就被创建了,位于/sys下的相关目录下,既然每个设备在sysfs中都有唯一对应的目录,那么也就可以被用户空间读写了。用户空间的工具udev就是利用了sysfs提供的信息来实现所有devfs的功能的,但不同的是udev运行在用户空间中,而devfs却运行在内核空间,而且udev不存在devfs那些先天的缺陷。 (3)udev udev是一种工具,它能够根据系统中的硬件设备的状况动态更新设备文件,包括设备文件的创建,删除等。设备文件通常放在/dev目录下,使用udev后,在/dev下面只包含系统中真实存在的设备。它于硬件平台无关的,位于用户空间,需要内核sysfs和tmpfs的支持,sysfs为udev提供设备入口和uevent通道,tmpfs为udev设备文件提供存放空间。

12,linux设备模型:

这里写图片描述

linux内核中,分别使用bus_type,device_driver,device来描述总线、驱动和设备,这3个结构体定义于include/linux/device.h头文件中。驱动和设备正是通过bus_type中的match()函数来配对的。

13, 重要结构体解析

(1)cdev结构体 在linux2.6内核中,使用cdev结构体描述一个字符设备,定义如下:

 struct cdev{
     struct kobject kobj;//内嵌的kobject对象
     struct module *owner;//所属模块
     struct file_operations *ops;//文件操作结构体
     struct list_head list;
     dev_t dev;//设备号,长度为32位,其中高12为主设备号,低20位为此设备号
     unsigned int count;
 };12345678

(2)file_operations结构体 结构体file_operations在头文件linux/fs.h中定义,用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作的函数的指针。这些函数实际会在应用程序进行linux的open(),write(),read(),close()等系统调用时最终被调用。该结构体的每个域都对应着驱动内核模块用来处理某个被请求的事务的函数地址。源代码(2.6.28.7)如下:

 struct file_operations{
     struct module*owner;
     loff_t (*llseek)(struct file*,loff_t,int);
     ssize_t (*read)(struct file*,char__user*,size_t,loff_t*);
     ssize_t (*write)(struct file*,constchar__user*,size_t,loff_t*);
     ssize_t (*aio_read)(struct kiocb*,cons tstruct iovec*,unsigned long,loff_t);
     ssize_t (*aio_write)(struct kiocb*,const struct iovec*,unsigned long,loff_t);
     int (*readdir)(struct file*,void*,filldir_t);
     unsigned int (*poll)(struct file*,struct poll_table_struct*);
     int (*ioctl)(struc inode*,struct file*,unsigned int,unsigned long);
     long (*unlocked_ioctl)(struct file*,unsigned int,unsigned long);
     long (*compat_ioctl)(struct file*,unsigned int,unsigned long);
     int (*mmap)(struct file*,struct vm_area_struct*);
     int (*open)(struct inode*,struct file*);
     int (*flush)(struct file*,fl_owner_t id);
     int (*release)(struct inode*,struct file*);
     int (*fsync)(struct file*,struct dentry*,int datasync);
     int (*aio_fsync)(struct kiocb*,int datasync);
     in (*fasync)(int,struct file*,int);
     int (*lock)(struct file*,int,struct file_lock*);
     ssize_t (*sendpage)(struct file*,struct page*,int,size_t,loff_t*,int);
     unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file*,unsigned long,unsigned long,unsigned long,unsigned long);
     in t(*check_flags)(int);
     int (*dir_notify)(structfile*filp,unsignedlongarg);
     int (*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);
     ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info*,struct file*,loff_t*,size_t,unsig ned int);
     ssize_t (*splice_read)(struct file*,loff_t*,struct pipe_inode_info*,size_t,unsigned int);
     int(*setlease)(struct file*,long,struct file_lock**);
 }; 1234567891011121314151617181920212223242526272829

解析:

 struct module*owner;
 /*第一个file_operations成员根本不是一个操作;它是一个指向拥有这个结构的模块的指针.
 这个成员用来在它的操作还在被使用时阻止模块被卸载.几乎所有时间中,它被简单初始化为
 THIS_MODULE,一个在中定义的宏.这个宏比较复杂,在进行简单学习操作的时候,一般初始化为THIS_MODULE。*/
 loff_t (*llseek)(struct file*filp,loff_tp,int orig);
 /*(指针参数filp为进行读取信息的目标文件结构体指针;参数p为文件定位的目标偏移量;参数orig为对文件定位
 的起始地址,这个值可以为文件开头(SEEK_SET,0,当前位置(SEEK_CUR,1),文件末尾(SEEK_END,2))
 llseek方法用作改变文件中的当前读/写位置,并且新位置作为(正的)返回值.
 loff_t参数是一个"longoffset",并且就算在32位平台上也至少64位宽.错误由一个负返回值指示.
 如果这个函数指针是NULL,seek调用会以潜在地无法预知的方式修改file结构中的位置计数器(在"file结构"一节中描述).*/
 ssize_t (*read)(struct file *filp,char__user *buffer,size_t size,loff_t *p);
 /*(指针参数filp为进行读取信息的目标文件,指针参数buffer为对应放置信息的缓冲区(即用户空间内存地址),
 参数size为要读取的信息长度,参数p为读的位置相对于文件开头的偏移,在读取信息后,这个指针一般都会移动,移动的值为要读取信息的长度值)
 这个函数用来从设备中获取数据.在这个位置的一个空指针导致read系统调用以-EINVAL("Invalidargument")失败.
 一个非负返回值代表了成功读取的字节数(返回值是一个"signedsize"类型,常常是目标平台本地的整数类型).*/
 ssize_t (*aio_read)(struct kiocb*,char__user *buffer,size_t size,loff_t p);
 /*可以看出,这个函数的第一、三个参数和本结构体中的read()函数的第一、三个参数是不同的,
 异步读写的第三个参数直接传递值,而同步读写的第三个参数传递的是指针,因为AIO从来不需要改变文件的位置。
 异步读写的第一个参数为指向kiocb结构体的指针,而同步读写的第一参数为指向file结构体的指针,每一个I/O请求都对应一个kiocb结构体);
 初始化一个异步读--可能在函数返回前不结束的读操作.如果这个方法是NULL,所有的操作会由read代替进行(同步地).
 (有关linux异步I/O,可以参考有关的资料,《linux设备驱动开发详解》中给出了详细的解答)*/
 ssize_t (*write)(struct file*filp,const char__user *buffer,size_t count,loff_t *ppos);
 /*(参数filp为目标文件结构体指针,buffer为要写入文件的信息缓冲区,count为要写入信息的长度,
 ppos为当前的偏移位置,这个值通常是用来判断写文件是否越界)
 发送数据给设备.如果NULL,-EINVAL返回给调用write系统调用的程序.如果非负,返回值代表成功写的字节数.
 (注:这个操作和上面的对文件进行读的操作均为阻塞操作)*/
 ssize_t (*aio_write)(struct kiocb*,const char__user *buffer,size_t count,loff_t *ppos);
 /*初始化设备上的一个异步写.参数类型同aio_read()函数;*/
 int (*readdir)(struct file*filp,void*,filldir_t);
 /*对于设备文件这个成员应当为NULL;它用来读取目录,并且仅对文件系统有用.*/
 unsigned int(*poll)(struct file*,struct poll_table_struct*);
 /*(这是一个设备驱动中的轮询函数,第一个参数为file结构指针,第二个为轮询表指针)
 这个函数返回设备资源的可获取状态,即POLLIN,POLLOUT,POLLPRI,POLLERR,POLLNVAL等宏的位“或”结果。
 每个宏都表明设备的一种状态,如:POLLIN(定义为0x0001)意味着设备可以无阻塞的读,POLLOUT(定义为0x0004)意味着设备可以无阻塞的写。
 (poll方法是3个系统调用的后端:poll,epoll,和select,都用作查询对一个或多个文件描述符的读或写是否会阻塞.
 poll方法应当返回一个位掩码指示是否非阻塞的读或写是可能的,并且,可能地,提供给内核信息用来使调用进程睡眠直到I/O变为可能.
 如果一个驱动的poll方法为NULL,设备假定为不阻塞地可读可写.
 (这里通常将设备看作一个文件进行相关的操作,而轮询操作的取值直接关系到设备的响应情况,可以是阻塞操作结果,同时也可以是非阻塞操作结果)*/
 int (*ioctl)(struct inode*inode,struct file*filp,unsigned int cmd,unsigned long arg);
 /*(inode和filp指针是对应应用程序传递的文件描述符fd的值,和传递给open方法的相同参数.
 cmd参数从用户那里不改变地传下来,并且可选的参数arg参数以一个unsignedlong的形式传递,不管它是否由用户给定为一个整数或一个指针.
 如果调用程序不传递第3个参数,被驱动操作收到的arg值是无定义的.
 因为类型检查在这个额外参数上被关闭,编译器不能警告你如果一个无效的参数被传递给ioctl,并且任何关联的错误将难以查找.)
 ioctl系统调用提供了发出设备特定命令的方法(例如格式化软盘的一个磁道,这不是读也不是写).另外,几个ioctl命令被内核识别而不必引用fops表.
 如果设备不提供ioctl方法,对于任何未事先定义的请求(-ENOTTY,"设备无这样的ioctl"),系统调用返回一个错误.*/
 int(*mmap)(struct file*,struct vm_area_struct*);
 /*mmap用来请求将设备内存映射到进程的地址空间.如果这个方法是NULL,mmap系统调用返回-ENODEV.
 (如果想对这个函数有个彻底的了解,那么请看有关“进程地址空间”介绍的书籍)*/
 int(*open)(struct inode *inode,struct file *filp);
 /*(inode为文件节点,这个节点只有一个,无论用户打开多少个文件,都只是对应着一个inode结构;
 但是filp就不同,只要打开一个文件,就对应着一个file结构体,file结构体通常用来追踪文件在运行时的状态信息)
 尽管这常常是对设备文件进行的第一个操作,不要求驱动声明一个对应的方法.如果这个项是NULL,设备打开一直成功,但是你的驱动不会得到通知.
 与open()函数对应的是release()函数。*/
 int(*flush)(struct file*);
 /*flush操作在进程关闭它的设备文件描述符的拷贝时调用;它应当执行(并且等待)设备的任何未完成的操作.
 这个必须不要和用户查询请求的fsync操作混淆了.当前,flush在很少驱动中使用;
 SCSI磁带驱动使用它,例如,为确保所有写的数据在设备关闭前写到磁带上.如果flush为NULL,内核简单地忽略用户应用程序的请求.*/
 int(*release)(struct inode*,struct file*);
 /*release()函数当最后一个打开设备的用户进程执行close()系统调用的时候,内核将调用驱动程序release()函数:
 void release(struct inode inode,struct file *file),release函数的主要任务是清理未结束的输入输出操作,释放资源,用户自定义排他标志的复位等。
 在文件结构被释放时引用这个操作.如同open,release可以为NULL.*/
 int (*synch)(struct file*,struct dentry*,intdatasync);
 //刷新待处理的数据,允许进程把所有的脏缓冲区刷新到磁盘。
 int(*aio_fsync)(struct kiocb*,int);
 /*这是fsync方法的异步版本.所谓的fsync方法是一个系统调用函数。系统调用fsync
 把文件所指定的文件的所有脏缓冲区写到磁盘中(如果需要,还包括存有索引节点的缓冲区)。
 相应的服务例程获得文件对象的地址,并随后调用fsync方法。通常这个方法以调用函数__writeback_single_inode()结束,
 这个函数把与被选中的索引节点相关的脏页和索引节点本身都写回磁盘。*/
 int(*fasync)(int,struct file*,int);
 //这个函数是系统支持异步通知的设备驱动,下面是这个函数的模板:
 static int***_fasync(intfd,structfile*filp,intmode)
 {
 struct***_dev*dev=filp->private_data;
 returnfasync_helper(fd,filp,mode,&dev->async_queue);//第四个参数为fasync_struct结构体指针的指针。
 //这个函数是用来处理FASYNC标志的函数。(FASYNC:表示兼容BSD的fcntl同步操作)当这个标志改变时,驱动程序中的fasync()函数将得到执行。
 }
 /*此操作用来通知设备它的FASYNC标志的改变.异步通知是一个高级的主题,在第6章中描述.
 这个成员可以是NULL如果驱动不支持异步通知.*/
 int (*lock)(struct file*,int,struct file_lock*);
 //lock方法用来实现文件加锁;加锁对常规文件是必不可少的特性,但是设备驱动几乎从不实现它.
 ssize_t (*readv)(structfile*,const struct iovec*,unsigned long,loff_t*);
 ssize_t (*writev)(struct file*,const struct iovec*,unsigned long,loff_t*);
 /*这些方法实现发散/汇聚读和写操作.应用程序偶尔需要做一个包含多个内存区的单个读或写操作;
 这些系统调用允许它们这样做而不必对数据进行额外拷贝.如果这些函数指针为NULL,read和write方法被调用(可能多于一次).*/
 ssize_t (*sendfile)(struct file*,loff_t*,size_t,read_actor_t,void*);
 /*这个方法实现sendfile系统调用的读,使用最少的拷贝从一个文件描述符搬移数据到另一个.
 例如,它被一个需要发送文件内容到一个网络连接的web服务器使用.设备驱动常常使sendfile为NULL.*/
 ssize_t (*sendpage)(structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int);
 /*sendpage是sendfile的另一半;它由内核调用来发送数据,一次一页,到对应的文件.设备驱动实际上不实现sendpage.*/
 unsigned long(*get_unmapped_area)(struct file*,unsigned long,unsignedlong,unsigned long,unsigned long);
 /*这个方法的目的是在进程的地址空间找一个合适的位置来映射在底层设备上的内存段中.
 这个任务通常由内存管理代码进行;这个方法存在为了使驱动能强制特殊设备可能有的任何的对齐请求.大部分驱动可以置这个方法为NULL.[10]*/
 int (*check_flags)(int)
 //这个方法允许模块检查传递给fnctl(F_SETFL...)调用的标志.
 int (*dir_notify)(struct file*,unsigned long);
 //这个方法在应用程序使用fcntl来请求目录改变通知时调用.只对文件系统有用;驱动不需要实现dir_notify.123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596

14, 字符设备驱动程序设计基础

主设备号和次设备号(二者一起为设备号): 一个字符设备或块设备都有一个主设备号和一个次设备号。主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序,用来反映设备类型。次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备,用来区分同类型的设备。 linux内核中,设备号用dev_t来描述,2.6.28中定义如下:

 typedef u_long dev_t;1

在32位机中是4个字节,高12位表示主设备号,低12位表示次设备号。

可以使用下列宏从dev_t中获得主次设备号:也可以使用下列宏通过主次设备号生成dev_t:

 MAJOR(dev_tdev);
 MKDEV(intmajor,intminor);
 MINOR(dev_tdev);123

分配设备号(两种方法): (1)静态申请:

 int register_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char *name);
 1

(2)动态分配:

 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char *name);
 1

注销设备号:

 void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count);
 1

创建设备文件: 利用cat/proc/devices查看申请到的设备名,设备号。 (1)使用mknod手工创建:mknod filename type major minor (2)自动创建; 利用udev(mdev)来实现设备文件的自动创建,首先应保证支持udev(mdev),由busybox配置。在驱动初始化代码里调用class_create为该设备创建一个class,再为每个设备调用device_create创建对应的设备。

15, 字符设备驱动程序设计

设备注册: 字符设备的注册分为三个步骤: (1)分配

 cdev:struct cdev *cdev_alloc(void);
 1

(2)初始化

 cdev:void cdev_init(struct cdev *cdev,const struct file_operations *fops);
 1

(3)添加

 cdev:int cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)
 1

设备操作的实现: file_operations函数集的实现。

 struct file_operations xxx_ops={
 .owner=THIS_MODULE,
 .llseek=xxx_llseek,
 .read=xxx_read,
 .write=xxx_write,
 .ioctl=xxx_ioctl,
 .open=xxx_open,
 .release=xxx_release,
 …
 };12345678910

特别注意:驱动程序应用程序的数据交换: 驱动程序和应用程序的数据交换是非常重要的。file_operations中的read()和write()函数,就是用来在驱动程序和应用程序间交换数据的。通过数据交换,驱动程序和应用程序可以彼此了解对方的情况。但是驱动程序和应用程序属于不同的地址空间。驱动程序不能直接访问应用程序的地址空间;同样应用程序也不能直接访问驱动程序的地址空间,否则会破坏彼此空间中的数据,从而造成系统崩溃,或者数据损坏。安全的方法是使用内核提供的专用函数,完成数据在应用程序空间和驱动程序空间的交换。这些函数对用户程序传过来的指针进行了严格的检查和必要的转换,从而保证用户程序与驱动程序交换数据的安全性。这些函数有:

 unsigned long copy_to_user(void__user *to,const void *from,unsigned long n);
 unsigned long copy_from_user(void *to,constvoid __user *from,unsigned long n);
 put_user(local,user);
 get_user(local,user);1234

设备注销:

 void cdev_del(struct cdev *p);
 1

16,ioctl函数说明

ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理,就是对设备的一些特性进行控制,例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用个数如下:

 int ioctl(int fd,ind cmd,…);
 1

其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符,cmd就是用户程序对设备的控制命令,后面的省略号是一些补充参数,有或没有是和cmd的意义相关的。 ioctl函数是文件结构中的一个属性分量,就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持,用户就可以在用户程序中使用ioctl函数控制设备的I/O通道。

命令的组织是有一些讲究的,因为我们一定要做到命令和设备是一一对应的,这样才不会将正确的命令发给错误的设备,或者是把错误的命令发给正确的设备,或者是把错误的命令发给错误的设备。 所以在Linux核心中是这样定义一个命令码的:

设备类型 序列号 方向 数据尺寸
8bit 8bit 2bit 13~14bit

这样一来,一个命令就变成了一个整数形式的命令码。但是命令码非常的不直观,所以LinuxKernel中提供了一些宏,这些宏可根据便于理解的字符串生成命令码,或者是从命令码得到一些用户可以理解的字符串以标明这个命令对应的设备类型、设备序列号、数据传送方向和数据传输尺寸。 点击(此处)折叠或打开

 /*used to create numbers*/
 #define _IO(type,nr)        _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
 #define _IOR(type,nr,size)    _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
 #define _IOW(type,nr,size)    _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
 #define _IOWR(type,nr,size)    _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
 #defin e_IOR_BAD(type,nr,size)    _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))
 #define _IOW_BAD(type,nr,size)    _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
 #define _IOWR_BAD(type,nr,size)_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
 
 #define _IOC(dir,type,nr,size)\
     (((dir)

至此关于Linux系统驱动开发的教程暂时分享结束,后面继续为大家分享Linux系统驱动的相关知识。

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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