第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)2023/6/9第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)本章的主要內(nèi)容11.1設備驅(qū)動概述11.2字符設備驅(qū)動編程11.3GPIO驅(qū)動程序?qū)嵗?1.4塊設備驅(qū)動編程11.5中斷編程11.6按鍵驅(qū)動程序?qū)嵗?1.7實驗內(nèi)容——test驅(qū)動第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.1設備驅(qū)動概述第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備驅(qū)動簡介及驅(qū)動模塊操作系統(tǒng)是通過各種驅(qū)動程序來駕馭硬件設備的，它為用戶屏蔽了各種各樣的設備，驅(qū)動硬件是操作系統(tǒng)最基本的功能，并且提供統(tǒng)一的操作方式。設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，硬件驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)最基本的組成部分，在Linux內(nèi)核源程序中也占有60%以上。因此，熟悉驅(qū)動的編寫是很重要的。Linux內(nèi)核中采用可加載的模塊化設計（LKMs，LoadableKernelModules），一般情況下編譯的Linux內(nèi)核是支持可插入式模塊的，也就是將最基本的核心代碼編譯在內(nèi)核中，其他的代碼可以編譯到內(nèi)核中，或者編譯為內(nèi)核的模塊文件（在需要時動態(tài)加載）。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)內(nèi)核模塊的主要相關命令常見的驅(qū)動程序是作為內(nèi)核模塊動態(tài)加載的，比如聲卡驅(qū)動和網(wǎng)卡驅(qū)動等，而Linux最基礎的驅(qū)動，如CPU、PCI總線、TCP/IP協(xié)議、APM（高級電源管理）、VFS等驅(qū)動程序則直接編譯在內(nèi)核文件中。有時也把內(nèi)核模塊叫做驅(qū)動程序，只不過驅(qū)動的內(nèi)容不一定是硬件罷了，比如ext3文件系統(tǒng)的驅(qū)動。因此，加載驅(qū)動就是加載內(nèi)核模塊。lsmod列出當前系統(tǒng)中加載的模塊，其中左邊第一列是模塊名，第二列是該模塊大小，第三列則是使用該模塊的對象數(shù)目。rmmod是用于將當前模塊卸載。insmod和modprobe是用于加載當前模塊，但insmod不會自動解決依存關系，即如果要加載的模塊引用了當前內(nèi)核符號表中不存在的符號，則無法加載，也不會去查在其他尚未加載的模塊中是否定義了該符號；modprobe可以根據(jù)模塊間依存關系以及/etc/modules.conf文件中的內(nèi)容自動加載其他有依賴關系的模塊。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備分類（1）Linux系統(tǒng)的設備分為三類：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。 字符設備通常指像普通文件或字節(jié)流一樣，以字節(jié)為單位順序讀寫的設備，如并口設備、虛擬控制臺等。字符設備可以通過設備文件節(jié)點訪問，它與普通文件之間的區(qū)別在于普通文件可以被隨機訪問（可以前后移動訪問指針），而大多數(shù)字符設備只能提供順序訪問，因為對它們的訪問不會被系統(tǒng)所緩存。但也有例外，例如幀緩存(framebuffer)是一個可以被隨機訪問的字符設備。 塊設備通常指一些需要以塊為單位隨機讀寫的設備，如IDE硬盤、SCSI硬盤、光驅(qū)等。塊設備也是通過文件節(jié)點來訪問，它不僅可以提供隨機訪問，而且可以容納文件系統(tǒng)（例如硬盤、閃存等）。Linux可以使用戶態(tài)程序像訪問字符設備一樣每次進行任意字節(jié)的操作，只是在內(nèi)核態(tài)內(nèi)部中的管理方式和內(nèi)核提供的驅(qū)動接口上不同。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備分類（2）

網(wǎng)絡設備通常是指通過網(wǎng)絡能夠與其他主機進行數(shù)據(jù)通信的設備，如網(wǎng)卡等。內(nèi)核和網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序之間的通信調(diào)用一套數(shù)據(jù)包處理函數(shù)，它們完全不同于內(nèi)核和字符以及塊設備驅(qū)動程序之間的通信（read(),write()等函數(shù)）。Linux網(wǎng)絡設備不是面向流的設備，因此不會將網(wǎng)絡設備的名字（例如eth0）映射到文件系統(tǒng)中去。$ls–l/devcrw-rw1rootuucp4,6408-3022:58ttyS0/*串口設備，c表示字符設備*/brw-r1rootfloppy2,008-3022:58fd0 /*軟盤設備，b表示塊設備*/第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備號設備號是一個數(shù)字，它是設備的標志。就如前面所述，一個設備文件（也就是設備節(jié)點）可以通過mknod命令來創(chuàng)建，其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明設備的類型（例如串口設備、SCSI硬盤），與一個確定的驅(qū)動程序?qū)?；次設備號通常是用于標明不同的屬性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作等，它標志著某個具體的物理設備。高字節(jié)為主設備號，底字節(jié)為次設備號。 例如，在系統(tǒng)中的塊設備IDE硬盤的主設備號是3，而多個IDE硬盤及其各個分區(qū)分別賦予次設備號1、2、3……$ls–l/devcrw-rw1rootuucp4,6408-3022:58ttyS0/*主設備號4，此設備號64*/第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)驅(qū)動層次結構第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備驅(qū)動程序與外界的接口第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備驅(qū)動程序的特點（1）（1）內(nèi)核代碼：設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，如果驅(qū)動程序出錯，則可能導致系統(tǒng)崩潰。（2）內(nèi)核接口：設備驅(qū)動程序必須為內(nèi)核或者其子系統(tǒng)提供一個標準接口。比如，一個終端驅(qū)動程序必須為內(nèi)核提供一個文件I/O接口；一個SCSI設備驅(qū)動程序應該為SCSI子系統(tǒng)提供一個SCSI設備接口，同時SCSI子系統(tǒng)也必須為內(nèi)核提供文件的I/O接口及緩沖區(qū)。（3）內(nèi)核機制和服務：設備驅(qū)動程序使用一些標準的內(nèi)核服務，如內(nèi)存分配等。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備驅(qū)動程序的特點（2）（4）可裝載：大多數(shù)的Linux操作系統(tǒng)設備驅(qū)動程序都可以在需要時裝載進內(nèi)核，在不需要時從內(nèi)核中卸載。（5）可設置：Linux操作系統(tǒng)設備驅(qū)動程序可以集成為內(nèi)核的一部分，并可以根據(jù)需要把其中的某一部分集成到內(nèi)核中，這只需要在系統(tǒng)編譯時進行相應的設置即可。（6）動態(tài)性：在系統(tǒng)啟動且各個設備驅(qū)動程序初始化后，驅(qū)動程序?qū)⒕S護其控制的設備。如果該設備驅(qū)動程序控制的設備不存在也不影響系統(tǒng)的運行，那么此時的設備驅(qū)動程序只是多占用了一點系統(tǒng)內(nèi)存罷了。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.2字符設備驅(qū)動編程第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備驅(qū)動程序工作原理模塊在調(diào)用insmod命令時被加載，此時的入口點是init_module()函數(shù)，通常在該函數(shù)中完成設備的注冊。同樣，模塊在調(diào)用rmmod命令時被卸載，此時的入口點是cleanup_module()函數(shù)，在該函數(shù)中完成設備的卸載。在設備完成注冊加載之后，用戶的應用程序就可以對該設備進行一定的操作，如open()、read()、write()等，而驅(qū)動程序就是用于實現(xiàn)這些操作，在用戶應用程序調(diào)用相應入口函數(shù)時執(zhí)行相關的操作。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)重要數(shù)據(jù)結構-file_operaions結構structfile_operations{loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);ssize_t(*read)(structfile*filp,char*buff,size_tcount,loff_t*offp);ssize_t(*write)(structfile*filp,constchar*buff,size_tcount,loff_t*offp);int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);int(*open)(structinode*,structfile*);int(*flush)(structfile*);int(*release)(structinode*,structfile*);int(*fsync)(structfile*,structdentry*);int(*fasync)(int,structfile*,int);int(*check_media_change)(kdev_tdev);int(*revalidate)(kdev_tdev);int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);};第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)重要數(shù)據(jù)結構-inode結構structfile{mode_tf_mode;/*標識文件是否可讀或可寫，F(xiàn)MODE_READ或FMODE_WRITE*/dev_tf_rdev;/*用于/dev/tty*/off_tf_pos;/*當前文件位移*/unsignedshortf_flags;/*文件標志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC*/unsignedshortf_count;/*打開的文件數(shù)目*/unsignedshortf_reada;structinode*f_inode;/*指向inode的結構指針*/structfile_operations*f_op;/*文件索引指針*/};第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)早期版本的字符設備注冊（1）早期版本的設備注冊使用函數(shù)register_chrdev()，調(diào)用該函數(shù)后就可以向系統(tǒng)申請主設備號，如果register_chrdev()操作成功，設備名就會出現(xiàn)在/proc/devices文件里。在關閉設備時，通常需要解除原先的設備注冊，此時可使用函數(shù)unregister_chrdev()，此后該設備就會從/proc/devices里消失。其中主設備號和次設備號不能大于255。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)早期版本的字符設備注冊（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備號相關函數(shù)（1）在linux2.6的版本中，用dev_t類型來描述設備號（dev_t是32位數(shù)值類型，其中高12位表示主設備號，低20位表示次設備號）。用兩個宏MAJOR和MINOR分別獲得dev_t設備號的主設備號和次設備號，而且用MKDEV宏來實現(xiàn)逆過程，即組合主設備號和次設備號而獲得dev_t類型設備號。分配設備號有靜態(tài)和動態(tài)的兩種方法。靜態(tài)分配(register_chrdev_region()函數(shù))是指在事先知道設備主設備號的情況下，通過參數(shù)函數(shù)指定第一個設備號（它的次設備號通常為0）而向系統(tǒng)申請分配一定數(shù)目的設備號。動態(tài)分配（alloc_chrdev_region()）是指通過參數(shù)僅設置第一個次設備號（通常為0，事先不會知道主設備號）和要分配的設備數(shù)目而系統(tǒng)動態(tài)分配所需的設備號。通過unregister_chrdev_region()函數(shù)釋放已分配的（無論是靜態(tài)的還是動態(tài)的）設備號。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)設備號相關函數(shù)（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)字符設備注冊（1）在Linux內(nèi)核中使用structcdev結構來描述字符設備，我們在驅(qū)動程序中必須將已分配到的設備號以及設備操作接口（即為structfile_operations結構）賦予structcdev結構變量。首先使用cdev_alloc()函數(shù)向系統(tǒng)申請分配structcdev結構，再用cdev_init()函數(shù)初始化已分配到的結構并與file_operations結構關聯(lián)起來。最后調(diào)用cdev_add()函數(shù)將設備號與structcdev結構進行關聯(lián)并向內(nèi)核正式報告新設備的注冊，這樣新設備可以被用起來了！。如果要從系統(tǒng)中刪除一個設備，則要調(diào)用cdev_del()函數(shù)。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)字符設備注冊（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)打開設備打開設備的函數(shù)接口是open，根據(jù)設備的不同，open函數(shù)接口完成的功能也有所不同，但通常情況下在open函數(shù)接口中要完成如下工作。遞增計數(shù)器，檢查錯誤。如果未初始化，則進行初始化。識別次設備號，如果必要，更新f_op指針。分配并填寫被置于filp->private_data的數(shù)據(jù)結構。其中遞增計數(shù)器是用于設備計數(shù)的。由于設備在使用時通常會打開多次，也可以由不同的進程所使用，所以若有一進程想要刪除該設備，則必須保證其他設備沒有使用該設備。因此使用計數(shù)器就可以很好地完成這項功能。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)釋放設備釋放設備的函數(shù)接口是release()。要注意釋放設備和關閉設備是完全不同的。當一個進程釋放設備時，其他進程還能繼續(xù)使用該設備，只是該進程暫時停止對該設備的使用；而當一個進程關閉設備時，其他進程必須重新打開此設備才能使用它。釋放設備時要完成的工作如下。遞減計數(shù)器MOD_DEC_USE_COUNT（最新版本已經(jīng)不再使用）。釋放打開設備時系統(tǒng)所分配的內(nèi)存空間（包括filp->private_data指向的內(nèi)存空間）。在最后一次釋放設備操作時關閉設備。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)讀寫設備讀寫設備的主要任務就是把內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)復制到用戶空間，或者從用戶空間復制到內(nèi)核空間，也就是將內(nèi)核空間緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)復制到用戶空間的緩沖區(qū)中或者相反。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)內(nèi)核空間和用戶空間的數(shù)據(jù)交換內(nèi)核空間地址和用戶空間地址是有很大區(qū)別的，其中一個區(qū)別是用戶空間的內(nèi)存是可以被換出的，因此可能會出現(xiàn)頁面失效等情況。所以不能使用諸如memcpy()之類的函數(shù)來完成這樣的操作。在這里要使用copy_to_user()或copy_from_user()等函數(shù)，它們是用來實現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換的。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)ioctl大部分設備除了讀寫操作，還需要硬件配置和控制（例如，設置串口設備的波特率）等很多其他操作。在字符設備驅(qū)動中ioctl函數(shù)接口給用戶提供對設備的非讀寫操作機制。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)獲取內(nèi)存（1）在應用程序中獲取內(nèi)存通常使用函數(shù)malloc()，但在設備驅(qū)動程序中動態(tài)開辟內(nèi)存可以以字節(jié)或頁面為單位。其中，以字節(jié)為單位分配內(nèi)存的函數(shù)有kmalloc()，注意的是，kmalloc()函數(shù)返回的是物理地址，而malloc()等返回的是線性虛擬地址，因此在驅(qū)動程序中不能使用malloc()函數(shù)。與malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方，并且不會對所獲取的內(nèi)存空間清零。以頁為單位分配內(nèi)存的函數(shù)如下所示：get_zeroed_page()：獲得一個已清零頁面。get_free_page()：獲得一個或幾個連續(xù)頁面。get_dma_pages()：獲得用于DMA傳輸?shù)捻撁妗Ｅc之相對應的釋放內(nèi)存用也有kfree()或free_page函數(shù)族。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)獲取內(nèi)存（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)獲取內(nèi)存（3）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)獲取內(nèi)存（4）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)打印信息在內(nèi)核空間要用函數(shù)printk()而不能用平常的函數(shù)printf()。printk()還可以定義打印消息的優(yōu)先級。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)proc文件系統(tǒng)（1）/proc文件系統(tǒng)是一個偽文件系統(tǒng)，它是一種內(nèi)核和內(nèi)核模塊用來向進程發(fā)送信息的機制。這個偽文件系統(tǒng)讓用戶可以和內(nèi)核內(nèi)部數(shù)據(jù)結構進行交互，獲取有關系統(tǒng)和進程的有用信息，在運行時通過改變內(nèi)核參數(shù)來改變設置。與其他文件系統(tǒng)不同，/proc存在于內(nèi)存之中而不是在硬盤上。讀者可以通過“l(fā)s”查看/proc文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)proc文件系統(tǒng)（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.3GPIO驅(qū)動程序?qū)嵗?1章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)GPIO工作原理FS2410開發(fā)板的S3C2410處理器具有117個多功能通用I/O（GPIO）端口管腳，包括GPIO8個端口組，分別為GPA（23個輸出端口）、GPB（11個輸入/輸出端口）、GPC（16個輸入/輸出端口）、GPD（16個輸入/輸出端口）、GPE（16個輸入/輸出端口）、GPF（8個輸入/輸出端口）、GPH（11個輸入/輸出端口）。根據(jù)各種系統(tǒng)設計的需求，通過軟件方法可以將這些端口配置成具有相應功能（例如：外部中斷或數(shù)據(jù)總線）的端口。為了控制這些端口，S3C2410處理器為每個端口組分別提供幾種相應的控制寄存器。其中最常用的有端口配置寄存器（GPACON~GPHCON）和端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT~GPHDAT）。因為大部分I/O管腳可以提供多種功能，通過配置寄存器（PnCON）設定每個管腳用于何種目的。數(shù)據(jù)寄存器的每位將對應于某個管腳上的輸入或輸出。所以通過對數(shù)據(jù)寄存器（PnDAT）的位讀寫，可以進行對每個端口的輸入或輸出。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)LED和蜂鳴器驅(qū)動電路可知使用S3C2410處理器的通用I/O口GPF4、GPF5、GPF6和GPF7分別直接驅(qū)動LEDD12、D11、D10以及D9，而使用GPB0端口驅(qū)動蜂鳴器。4個LED分別在對應端口（GPF4~GPF7）為低電平時發(fā)亮，而蜂鳴器在GPB0為高電平時發(fā)聲。這5個端口的數(shù)據(jù)流方向均為輸出。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)主要控制寄存器（1）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)主要控制寄存器（2）為了驅(qū)動LED和蜂鳴器，首先通過端口配置寄存器將5個相應寄存器配置為輸出模式。然后通過對端口數(shù)據(jù)寄存器的寫操作，實現(xiàn)對每個GPIO設備的控制（發(fā)亮或發(fā)聲）。在下一個小節(jié)中介紹的驅(qū)動程序中，s3c2410_gpio_cfgpin()函數(shù)和s3c2410_gpio_pullup()函數(shù)將進行對某個端口的配置，而s3c2410_gpio_setpin()函數(shù)實現(xiàn)向數(shù)據(jù)寄存器的某個端口的輸出。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)GPIO驅(qū)動程序閱讀并運行11-3-2$makeclean;make/*驅(qū)動程序的編譯*/$insmodgpio_drv.ko/*加載gpio驅(qū)動*/$cat/proc/devices/*通過這個命令可以查到gpio設備的主設備號*/$mknod/dev/gpioc2520/*假設主設備號為252，創(chuàng)建設備文件節(jié)點*/$arm-linux-gcc–ogpio_testgpio_test.c$./gpio_test運行結果為4個LED輪流閃爍，同時蜂鳴器以一定周期發(fā)出聲響。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.4塊設備驅(qū)動編程第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備驅(qū)動塊設備通常指一些需要以塊（如512字節(jié)）的方式寫入的設備，如IDE硬盤、SCSI硬盤、光驅(qū)等。它的驅(qū)動程序的編寫過程與字符型設備驅(qū)動程序的編寫有很大的區(qū)別。塊設備驅(qū)動編程接口相對復雜，不如字符設備明晰易用。塊設備驅(qū)動程序?qū)φ麄€系統(tǒng)的性能影響較大，速度和效率是設計塊設備驅(qū)動程要重點考慮的問題。系統(tǒng)中使用緩沖區(qū)與訪問請求的優(yōu)化管理（合并與重新排序）來提高系統(tǒng)性能。

第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備驅(qū)動工作流程塊設備驅(qū)動程序的編寫流程同字符設備驅(qū)動程序的編寫流程很類似，也包括了注冊和使用兩部分。但與字符驅(qū)動設備所不同的是，塊設備驅(qū)動程序包括一個request請求隊列。它是當內(nèi)核安排一次數(shù)據(jù)傳輸時在列表中的一個請求隊列，以最大化系統(tǒng)性能為原則進行排序。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)重要數(shù)據(jù)結構（1）每個塊設備物理實體由一個gendisk結構體來表示，每個gendisk可以支持多個分區(qū)。每個gendisk中包含了本物理實體的全部信息以及操作函數(shù)接口。整個塊設備的注冊過程是圍繞gendisk來展開的。structgendisk{intmajor;/*主設備號*/intfirst_minor;/*第一個次設備號*/intminors;/*次設備號個數(shù)，一個塊設備至少需要使用一個次設備號，而且塊設備的每個分區(qū)都需要一個次設備號，因此這個成員等于1，則表明該塊設備是不可被分區(qū)的，否則可以包含minors–1個分區(qū)。*/chardisk_name[32];/*塊設備名稱，在/proc/partions中顯示*/structhd_struct**part;/*分區(qū)表*/structblock_device_operations*fops;/*塊設備操作接口，與字符設備的file_operations結構對應*/structrequest_queue*queue;/*I/O請求隊列*/void*private_data;/*指向驅(qū)動程序私有數(shù)據(jù)*/sector_tcapacity;/*塊設備可包含的扇區(qū)數(shù)*/……/*其他省略*/};第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)重要數(shù)據(jù)結構（2）structblock_device_operations{int(*open)(structinode*,structfile*);int(*release)(structinode*,structfile*);int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsigned,unsignedlong);long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsigned,unsignedlong);long(*compat_ioctl)(structfile*,unsigned,unsignedlong);int(*direct_access)(structblock_device*,sector_t,unsignedlong*);int(*media_changed)(structgendisk*);int(*revalidate_disk)(structgendisk*);int(*getgeo)(structblock_device*,structhd_geometry*);structmodule*owner;};塊設備驅(qū)動程序也包含一個在<linux/fs.h>中定義的block_device_operations結構塊設備并不提供read()、write()等函數(shù)接口。對塊設備的讀寫請求都是以異步方式發(fā)送到設備相關的request隊列之中。

第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備注冊和初始化（1）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備注冊和初始化（2）（1）向內(nèi)核注冊使用register_blkdev()函數(shù)對設備進行注冊。其中參數(shù)major為要注冊的塊設備的主設備號，如果其值等于0，則系統(tǒng)動態(tài)分配并返回主設備號。參數(shù)name為設備名，在/proc/devices中顯示。如果出錯，則該函數(shù)返回負值。與其對應的塊設備的注銷函數(shù)為unregister_blkdev()。其參數(shù)必須與注冊函數(shù)中的參數(shù)相同。如果出錯則返回負值。（2）申請并初始化請求隊列這一步要調(diào)用blk_init_queue()函數(shù)來申請并初始化請求隊列。其中參數(shù)rfn是請求隊列的處理函數(shù)指針，它負責執(zhí)行塊設備的讀、寫請求。參數(shù)lock為自旋鎖，用于控制對所分配的隊列的訪問。intregister_blkdev(unsignedintmajor,constchar*name);intunregister_blkdev(unsignedintmajor,constchar*name);structrequest_queue*blk_init_queue(request_fn_proc*rfn,spinlock_t*lock)第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備注冊和初始化（3）（3）初始化并注冊gendisk結構首先使用alloc_disk()函數(shù)動態(tài)分配gendisk結構，接下來，對gendisk結構的主設備號（major）、次設備號相關成員（first_minor和minors）、塊設備操作函數(shù)（fops）、請求隊列（queue）、可包含的扇區(qū)數(shù)（capacity）以及設備名稱（disk_name）等成員進行初始化。在完成對gendisk的分配和初始化之后，調(diào)用add_disk（）函數(shù)向系統(tǒng)注冊塊設備。在卸載gendisk結構的時候，要調(diào)用del_gendisk()函數(shù)。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)塊設備請求處理塊設備驅(qū)動中一般要實現(xiàn)一個請求隊列處理函數(shù)來處理隊列中的請求。從塊設備的運行流程，可知請求處理是塊設備的基本處理單位，也是最核心的部分。對塊設備的讀寫操作被封裝到了每一個請求中。

第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.5中斷編程第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)中斷編程接口（1）實際上，有很多Linux的驅(qū)動都是通過中斷的方式來進行內(nèi)核和硬件的交互。中斷機制提供了硬件和軟件之間異步傳遞信息的方式。硬件設備在發(fā)生某個事件時通過中斷通知軟件進行處理。中斷實現(xiàn)了硬件設備按需獲得處理器關注的機制，與查詢方式相比可以大大節(jié)省CPU資源的開銷。申請中斷使用request_irq()調(diào)用，釋放中斷使用free_irq()調(diào)用。intrequest_irq(unsignedintirq,void(*handler)(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs),unsignedlongirqflags,constchar*devname,oid*dev_id);voidfree_irq(unsignedintirq,void*dev_id);第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)中斷編程接口（2）其中irq是要申請的硬件中斷號。在Intel平臺，范圍是0～15。參數(shù)handler為將要向系統(tǒng)注冊的中斷處理函數(shù)。這是一個回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時，系統(tǒng)調(diào)用這個函數(shù)，傳入的參數(shù)包括硬件中斷號、設備id以及寄存器值。設備id就是在調(diào)用request_irq()時傳遞給系統(tǒng)的參數(shù)dev_id。參數(shù)irqflags是中斷處理的一些屬性，其中比較重要的有SA_INTERRUPT。這個參數(shù)用于標明中斷處理程序是快速處理程序（設置SA_INTERRUPT）還是慢速處理程序（不設置SA_INTERRUPT）。快速處理程序被調(diào)用時屏蔽所有中斷。慢速處理程序只屏蔽正在處理的中斷。還有一個SA_SHIRQ屬性，設置了以后運行多個設備共享中斷，在中斷處理程序中根據(jù)dev_id區(qū)分不同設備產(chǎn)生的中斷。參數(shù)devname為設備名，會在/dev/interrupts中顯示。參數(shù)dev_id在中斷共享時會用到。一般設置為這個設備的device結構本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id找到相應的控制這個中斷的設備，或者用irq2dev_map()找到中斷對應的設備。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)11.6按鍵驅(qū)動程序?qū)嵗?1章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵工作原理（1）LED和蜂鳴器是最簡單的GPIO的應用，都不需要任何外部輸入或控制。按鍵同樣使用GPIO接口，但按鍵本身需要外部的輸入，即在驅(qū)動程序中要處理外部中斷。按鍵硬件驅(qū)動原理圖如圖11-7所示。在圖11-7的4X4矩陣按鍵（K1~K16）電路中，使用4個輸入/輸出端口（EINT0、EINT2、EINT11和EINT19）和4個輸出端口（KSCAN0~KSCAN3）。

第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵工作原理（2）第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵電路的主要端口第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵驅(qū)動程序原理（1）因為通常中斷端口是比較珍貴且有限的資源，所以在本電路設計中，16個按鍵復用了4個中斷線。那怎么樣才能及時而準確地對矩陣按鍵進行掃描呢？某個中斷的產(chǎn)生表示，與它所對應的矩陣行的4個按鍵中，至少有一個按鍵被按住了。因此可以通過查看產(chǎn)生了哪個中斷，來確定在矩陣的哪一行中發(fā)生了按鍵操作（按住或釋放）。例如，如果產(chǎn)生了外部2號線中斷（EINT2變?yōu)榈碗娖剑瑒t表示K7、K8、K9和K15中至少有一個按鍵被按住了。這時候4個EINT端口應該通過GPIO配置寄存器被設置為外部中斷端口，而且4個KSCAN端口的輸出必須為低電平。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵驅(qū)動程序原理（2）在確定按鍵操作所在行的位置之后，我們還得查看按鍵操作所在列的位置。此時要使用KSCAN端口組，同時將4個EINT端口配置為通用輸入端口（而不是中斷端口）。在4個KSCAN端口中，輪流將其中某一個端口的輸出置為低電平，其他3個端口的輸出置為高電平。這樣逐列進行掃描，直到按鍵所在列的KSCAN端口輸出為低電平，此時按鍵操作所在行的EINT管腳的輸入端口的值會變成低電平。例如，在確認產(chǎn)生了外部2號中斷之后，進行逐列掃描。若發(fā)現(xiàn)在KSCAN1為低電平時（其他端口輸出均為高電平），GPF2（EINT2管腳的輸入端口）變?yōu)榈碗娖?，則可以斷定按鍵K8被按住了。實際的按鍵動作會在短時間（幾毫秒至幾十毫秒）內(nèi)產(chǎn)生信號抖動。例如，當按鍵被按下時，其動作就像彈簧的若干次往復運動，將產(chǎn)生幾個脈沖信號。一次按鍵操作將會產(chǎn)生若干次按鍵中斷，從而會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。因此驅(qū)動程序中必須要解決去除抖動所產(chǎn)生的毛刺信號的問題。第11章嵌入式Linux設備驅(qū)動開發(fā)按鍵驅(qū)動程序閱讀并運行示例11-6。$makeclean;make /*驅(qū)動程序的編譯*/$insmodbutt_dev.ko/*加載b