1、Linux字符設備驅(qū)動程序編寫基本流程Linux device driver 的概念 系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應用程序之間的接口，設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機器硬件之間的接口。設備驅(qū)動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，這樣在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以象操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，它完成以下的功能: 1、對設備初始化和釋放； 2、把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)； 3、讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)； 4、檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。 在Linux操作系統(tǒng)下有三類主要的設備文件類型，一是字符設備，二是塊設

2、備，三是網(wǎng)絡設備。字符設備和塊設備的主要區(qū)別是:在對字符設備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件I/O一般就緊接著發(fā)生了，塊設備則不然，它利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作緩沖區(qū)，當用戶進程對設備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數(shù)據(jù)，如果不能，就調(diào)用請求函數(shù)來進行實際的I/O操作。塊設備是主要針對磁盤等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。 已經(jīng)提到，用戶進程是通過設備文件來與實際的硬件打交道。每個設備文件都都有其文件屬性(c/b)，表示是字符設備還是塊設備?另外每個文件都有兩個設備號，第一個是主設備號，標識驅(qū)動程序，第二個是從設備號，標識使用同一個設備驅(qū)動程序的不同的硬件設備，比如有兩個軟盤，就可以用從

3、設備號來區(qū)分他們。設備文件的的主設備號必須與設備驅(qū)動程序在登記時申請的主設備號一致，否則用戶進程將無法訪問到驅(qū)動程序。 1.Linux驅(qū)動程序編寫基本流程：1.首先是一些版本信息，沒什么用，但是不能少#define _NO_VERSION_#include <linux/modules.h>#include <linux/version.h>char kernel_version = UTS_RELEASE;2.為了把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，需要一個非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct file_operations。file_operations結(jié)構(gòu)的每一個成員的名字

4、都對應著一個系統(tǒng)調(diào)用。用戶進程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。這是linux的設備驅(qū)動程序工作的基本原理。編寫設備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域3.簡單驅(qū)動程序的編寫（test.c）：a.包含一些基本的頭文件。b.編寫一些功能函數(shù)，比如read()，write()等。這些函數(shù)被調(diào)用時系統(tǒng)進入和心態(tài)。c.定義struct file_operations結(jié)構(gòu)的對象，填充結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體中功能的順序不能改變，若一些

5、功能沒有實現(xiàn)就用NULL填充，已經(jīng)實現(xiàn)的功能如read()、write()分別添加到對應的位置。這步實現(xiàn)的是函數(shù)的注冊。到這里驅(qū)動程序的主體可以說是寫好了。現(xiàn)在需要把驅(qū)動程序嵌入內(nèi)核。d.注冊設備驅(qū)動程序，使用register_chrdev注冊字符型設備。函數(shù)原型為：int register_chrdev(0, “test_name”, &test_file_operations)函數(shù)返回主設備號，若注冊成功返回值大于0。第一個參數(shù)：主設備號。第二個參數(shù)：注冊的設備名。第三個參數(shù)：結(jié)構(gòu)體名（設備相關(guān)操作方式，驅(qū)動程序?qū)嶋H執(zhí)行操作的函數(shù)的指針）。這個函數(shù)由int init_module(

6、void)函數(shù)調(diào)用，這個函數(shù)在系統(tǒng)啟動時注冊到內(nèi)核時調(diào)用。e.在用rmmod卸載模塊時，cleanup_module函數(shù)被調(diào)用，它釋放字符設備test在系統(tǒng)字符設備表中占有的表項。void cleanup_module(void)unregister_chrdev(test_major, “test”);到這里test.c基本就編寫完成了。一個簡單的字符設備可以說寫好了。4.編譯$ gcc -O2 -DMODULE -D_KERNEL_ -c test.o test.c得到文件test.o就是一個設備驅(qū)動程序。如果設備驅(qū)動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然后ld -r file1

7、.o file2.o -o modulename驅(qū)動程序已經(jīng)編譯好了，現(xiàn)在把它安裝到系統(tǒng)中去。$ insmod -f test.o安裝成功在/proc/devices文件中就可以看到設備test，并可以看到主設備號。要卸載運行：$ rmmod test5.創(chuàng)建設備節(jié)點mkmod /dev/test c major minorc是指字符設備，major是主設備號，minor是從設備號，一般可以設置為0以上就是Linux驅(qū)動編寫的基本過程了，可能有遺漏的地方，這個我只是按我理解的整理的。具體問題還要在實踐中再進行研究。1.Linux驅(qū)動程序編寫基本流程：1.首先是一些版本信息，沒什么用，但是不能少

8、#define _NO_VERSION_#include <linux/modules.h>#include <linux/version.h>char kernel_version = UTS_RELEASE;2.為了把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，需要一個非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct file_operations。file_operations結(jié)構(gòu)的每一個成員的名字都對應著一個系統(tǒng)調(diào)用。用戶進程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函

9、數(shù)。這是linux的設備驅(qū)動程序工作的基本原理。編寫設備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域3.簡單驅(qū)動程序的編寫（test.c）：a.包含一些基本的頭文件。b.編寫一些功能函數(shù)，比如read()，write()等。這些函數(shù)被調(diào)用時系統(tǒng)進入和心態(tài)。c.定義struct file_operations結(jié)構(gòu)的對象，填充結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體中功能的順序不能改變，若一些功能沒有實現(xiàn)就用NULL填充，已經(jīng)實現(xiàn)的功能如read()、write()分別添加到對應的位置。這步實現(xiàn)的是函數(shù)的注冊。到這里驅(qū)動程序的主體可以說是寫好了。現(xiàn)在需要把驅(qū)動程序嵌入內(nèi)核。d.注冊設備驅(qū)動

10、程序，使用register_chrdev注冊字符型設備。函數(shù)原型為：int register_chrdev(0, “test_name”, &test_file_operations)函數(shù)返回主設備號，若注冊成功返回值大于0。第一個參數(shù)：主設備號。第二個參數(shù)：注冊的設備名。第三個參數(shù)：結(jié)構(gòu)體名（設備相關(guān)操作方式，驅(qū)動程序?qū)嶋H執(zhí)行操作的函數(shù)的指針）。這個函數(shù)由int init_module(void)函數(shù)調(diào)用，這個函數(shù)在系統(tǒng)啟動時注冊到內(nèi)核時調(diào)用。e.在用rmmod卸載模塊時，cleanup_module函數(shù)被調(diào)用，它釋放字符設備test在系統(tǒng)字符設備表中占有的表項。void clean

11、up_module(void)unregister_chrdev(test_major, “test”);到這里test.c基本就編寫完成了。一個簡單的字符設備可以說寫好了。4.編譯$ gcc -O2 -DMODULE -D_KERNEL_ -c test.o test.c得到文件test.o就是一個設備驅(qū)動程序。如果設備驅(qū)動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然后ld -r file1.o file2.o -o modulename驅(qū)動程序已經(jīng)編譯好了，現(xiàn)在把它安裝到系統(tǒng)中去。$ insmod -f test.o安裝成功在/proc/devices文件中就可以看到設備test，并可

12、以看到主設備號。要卸載運行：$ rmmod test5.創(chuàng)建設備節(jié)點mkmod /dev/test c major minorc是指字符設備，major是主設備號，minor是從設備號，一般可以設置為0以上就是Linux驅(qū)動編寫的基本過程了，可能有遺漏的地方，這個我只是按我理解的整理的。具體問題還要在實踐中再進行研究。二、實例剖析 我們來寫一個最簡單的字符設備驅(qū)動程序。雖然它什么也不做，但是通過它可以了解Linux的設備驅(qū)動程序的工作原理。把下面的C代碼輸入機器，你就會獲得一個真正的設備驅(qū)動程序。 由于用戶進程是通過設備文件同硬件打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統(tǒng)調(diào)用，如 open

13、，read，write，close， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來呢?這需要了解一個非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： struct file_operations int (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int); int (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int); int (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int); int (*readdir) (struct inode *

14、，struct file *， struct dirent * ，int); int (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *); int (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long); int (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode * ，struct file *); int

15、(*release) (struct inode * ，struct file *); int (*fsync) (struct inode * ，struct file *); int (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int); int (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *); int (*revalidate) (dev_t dev); 這個結(jié)構(gòu)的每一個成員的名字都對應著一個系統(tǒng)調(diào)用。用戶進程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設備文件的

16、主設備號找到相應的設備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。這是linux的設備驅(qū)動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域。 下面就開始寫子程序。 #include <linux/types.h> 基本的類型定義 #include <linux/fs.h> 文件系統(tǒng)使用相關(guān)的頭文件 #include <linux/mm.h> #include <linux/errno.h> #include <asm/segment.h>

17、 unsigned int test_major = 0; static int read_test(struct inode *inode，struct file *file，char *buf，int count) int left; 用戶空間和內(nèi)核空間 if (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) = -EFAULT ) return -EFAULT; for(left = count ; left > 0 ; left-) _put_user(1，buf，1); buf+; return count; 這個函數(shù)是為read調(diào)用準備的。當調(diào)用rea

18、d時，read_test()被調(diào)用，它把用戶的緩沖區(qū)全部寫1。buf 是read調(diào)用的一個參數(shù)。它是用戶進程空間的一個地址。但是在read_test被調(diào)用時，系統(tǒng)進入核心態(tài)。所以不能使用buf這個地址，必須用_put_user()，這是kernel提供的一個函數(shù)，用于向用戶傳送數(shù)據(jù)。另外還有很多類似功能的函數(shù)。請參考，在向用戶空間拷貝數(shù)據(jù)之前，必須驗證buf是否可用。這就用到函數(shù)verify_area。為了驗證BUF是否可以用。 static int write_test(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int cou

19、nt) return count; static int open_test(struct inode *inode，struct file *file ) MOD_INC_USE_COUNT; 模塊計數(shù)加以，表示當前內(nèi)核有個設備加載內(nèi)核當中去 return 0; static void release_test(struct inode *inode，struct file *file ) MOD_DEC_USE_COUNT; 這幾個函數(shù)都是空操作。實際調(diào)用發(fā)生時什么也不做，他們僅僅為下面的結(jié)構(gòu)提供函數(shù)指針。 struct file_operations test_fops = ? read

20、_test， write_test， open_test， release_test， ; 設備驅(qū)動程序的主體可以說是寫好了。現(xiàn)在要把驅(qū)動程序嵌入內(nèi)核。驅(qū)動程序可以按照兩種方式編譯。一種是編譯進kernel，另一種是編譯成模塊(modules)，如果編譯進內(nèi)核的話，會增加內(nèi)核的大小，還要改動內(nèi)核的源文件，而且不能動態(tài)的卸載，不利于調(diào)試，所以推薦使用模塊方式。 int init_module(void) int result; result = register_chrdev(0， "test"， &test_fops); 對設備操作的整個接口 if (result

21、< 0) printk(KERN_INFO "test: can't get major numbern"); return result; if (test_major = 0) test_major = result; /* dynamic */ return 0; 在用insmod命令將編譯好的模塊調(diào)入內(nèi)存時，init_module 函數(shù)被調(diào)用。在這里，init_module只做了一件事，就是向系統(tǒng)的字符設備表登記了一個字符設備。register_chrdev需要三個參數(shù)，參數(shù)一是希望獲得的設備號，如果是零的話，系統(tǒng)將選擇一個沒有被占用的設備號返回。參數(shù)

22、二是設備文件名，參數(shù)三用來登記驅(qū)動程序?qū)嶋H執(zhí)行操作的函數(shù)的指針。 如果登記成功，返回設備的主設備號，不成功，返回一個負值。 void cleanup_module(void) unregister_chrdev(test_major，"test"); 在用rmmod卸載模塊時，cleanup_module函數(shù)被調(diào)用，它釋放字符設備test在系統(tǒng)字符設備表中占有的表項。 一個極其簡單的字符設備可以說寫好了，文件名就叫test.c吧。 下面編譯 : $ gcc -O2 -DMODULE -D_KERNEL_ -c test.c c表示輸出制定名，自動生成.o文件 得到文件test.o就是一個設備驅(qū)動程序。 如果設備驅(qū)動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然后 ld ?-r ?file1.o ?file2.o ?-o ?modulename。 驅(qū)動程序已經(jīng)編譯好了，現(xiàn)在把它安裝到系統(tǒng)中去。