1、第 十 章 內(nèi)核驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)入門,嵌入式系統(tǒng)及其軟件工具,本章提要,10.1 驅(qū)動(dòng)程序概述,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。所有對(duì)設(shè)備的操作都必須由被控設(shè)備相關(guān)的代碼驅(qū)動(dòng)程序來完成。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)隱藏了設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，為不同設(shè)備提供了統(tǒng)一的訪問接口。用戶或者應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)備驅(qū)動(dòng)是內(nèi)核的一部分。,10.1.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能,設(shè)備的初始化和釋放 負(fù)責(zé)內(nèi)核與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換 提供各類設(shè)備服務(wù) 檢測(cè)和處理設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,驅(qū)動(dòng)程序在嵌入式Linux中的作用：,在嵌入式系統(tǒng)中，要訪問某個(gè)特定的硬件，實(shí)際上就是訪問物理的地址空間（處理器內(nèi)的寄存器、外

2、設(shè)的地址映像）。然而，由于MMU的內(nèi)存映射以及對(duì)操作系統(tǒng)的保護(hù)，運(yùn)行在用戶態(tài)的應(yīng)用程序一般不能夠直接訪問硬件地址，因此需要驅(qū)動(dòng)程序作為應(yīng)用程序和訪問硬件之間的媒介。 某些驅(qū)動(dòng)程序并不能直接給應(yīng)用程序調(diào)用，而是給Linux內(nèi)核調(diào)用。例如：串口作為console的物理載體；或者驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)調(diào)用，應(yīng)用程序可以間接的使用驅(qū)動(dòng)程序，如framebuffer，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。（要去哦球驅(qū)動(dòng)程序必須按照某個(gè)框架編寫，供上層模塊使用）,10.1.2 驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)注意,開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)應(yīng)用程序不同； 驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)提供盡量多的選項(xiàng)給用戶，不應(yīng)該強(qiáng)加約束； 盡量提高驅(qū)動(dòng)程序的速度、效率，盡量簡(jiǎn)化，便于維護(hù)。,

3、10.2 Linux設(shè)備與設(shè)備驅(qū)動(dòng),Linux把設(shè)備分成3類，每類設(shè)備有自己的接口和常用框架，他們也有很多共性。,字符設(shè)備：采用字符流方式訪問的設(shè)備，每次只傳輸一個(gè)字符。 特點(diǎn)：順序訪問。鼠標(biāo)、鍵盤、串口等。 塊設(shè)備：采用隨機(jī)訪問的方式訪問，數(shù)據(jù)具有固定大小的塊的設(shè)備；（Linux中塊設(shè)備與字符設(shè)備使用基本一致） 特點(diǎn)：緩沖存儲(chǔ)，隨機(jī)訪問。硬盤、光盤等。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：采用數(shù)據(jù)包傳輸方式訪問的設(shè)備。 特點(diǎn)：與字符設(shè)備和塊設(shè)備不同，沒有設(shè)備文件。通過socket進(jìn)行使用。,設(shè) 備,設(shè)備的分類,10.2.1 Linux設(shè)備和設(shè)備驅(qū)動(dòng),設(shè)備驅(qū)動(dòng)的共性： 設(shè)備驅(qū)動(dòng)工作在內(nèi)核態(tài)，誤操作后果很嚴(yán)重； 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

4、必須提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核接口，字符和塊設(shè)備采用文件接口，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用套接字； 驅(qū)動(dòng)可以采用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核服務(wù)，如：“內(nèi)存分配”、等待隊(duì)列、中斷機(jī)制等； 驅(qū)動(dòng)可以動(dòng)態(tài)的連接到內(nèi)核中，不用時(shí)可以卸載。也可將驅(qū)動(dòng)編譯到內(nèi)核中。,10.2.1 Linux設(shè)備和設(shè)備驅(qū)動(dòng),10.2.2 Linux設(shè)備文件,bash# ls -l /dev 查看相關(guān)設(shè)備信息 crw- 1 root root 14, 3Jan30 2003 dsp crw-rw- 1 root floppy 2, 0Jan30 2003 fd0,系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)把設(shè)備文件系統(tǒng)掛載在/dev目錄下，linux的設(shè)備文件的創(chuàng)建、刪除和目錄層次等都由各設(shè)備

5、驅(qū)動(dòng)程序管理。/dev中每個(gè)文件都動(dòng)態(tài)的對(duì)應(yīng)了一個(gè)系統(tǒng)上存在的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。,10.2.3 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,open() int open(const *pathname, int flag)； open函數(shù)用于通過文件路徑打開一個(gè)文件，返回一個(gè)整數(shù)類型的文件描述符。,close() int close(int fd)； close函數(shù)用于關(guān)閉文件，close會(huì)讓數(shù)據(jù)寫回磁盤，并釋放文件所占用的資源。,10.2.3 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,read() ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)； read函數(shù)從fd指向的文件傳送

6、count個(gè)字節(jié)到buf指針指向的內(nèi)存中文件讀寫指針的位置會(huì)隨著讀取到的字節(jié)移動(dòng)。 當(dāng)讀取成功時(shí)，最好將返回值和count值進(jìn)行比較若返回的值比count少，則可能讀到了文件尾，或者read操作被中斷了等。,10.2.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口,write() ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count)； write函數(shù)把參數(shù)buf指向的內(nèi)存寫入count個(gè)字節(jié)到fd指向的文件內(nèi)。文件的讀寫位置也會(huì)隨之變化；,10.2.3 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,lseek() loff_t lseek(int fd, loff_t offset, int wh

7、ence)； lseek函數(shù)用來控制文件的讀寫位置。,ioctl() int ioctl(int fd, unsigned int cmd,)； ioctl是Linux中對(duì)設(shè)備文件操作的特殊函數(shù)?？梢詫?duì)應(yīng)到驅(qū)動(dòng)程序的相應(yīng)函數(shù)中。,文件操作示例：,#include #include #include #include int main() int fd,size; char s =”File Operationn”; char buffer80; fd = open(“/tmp/tempfile”,O_WRONLY|O_CREAT); write(fd,s,sizeof(s); close(fd

8、); fd = open(“/tmp/tempfile”,O_RDONLY); size = read(fd,buffer,sizeof(buffer); close(fd); printf(“Display:%s”,buffer); return 0; ,以上的程序首先打開文件，接下來向文件中寫入內(nèi)容，然后從文件中讀取內(nèi)容，最后關(guān)閉文件。其運(yùn)行結(jié)果為： Display: File operation,10.2.4 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。所有對(duì)設(shè)備的操作都必須由被控設(shè)備相關(guān)的代碼驅(qū)動(dòng)程序來完成。設(shè)備驅(qū)動(dòng)隱藏了設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，為不同設(shè)備提供了

9、統(tǒng)一的訪問接口。,應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序之間的調(diào)用關(guān)系,10.2.4 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,Linux應(yīng)用程序中，通過對(duì)文件操作的函數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備文件進(jìn)行調(diào)用。,10.2.4 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,struct file_operations /文件操作 struct module *owner; loff_t(*llseek)(struct file*, loff_t,int); ssize_t(*read)(struct file*, char*, size_t, loff_t*); ssize_t(*write)(struct file*, const char*, size

10、_t, loff_t*); int(*readdir)(struct file*, void*, filldir_t); unsigned int (*poll)(struct file*, struct poll_table_struct*); int(*ioctl)(struct inode*, struct file*, unsigned int, long); int(*mmap)(struct file*, struct vm_area_struct*); int(*open)(struct inode*, struct file*); int (*release)(struct i

11、node*, struct file*); ,字符設(shè)備操作,10.2.4 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,struct block_device_operations /塊設(shè)備操作 int(*open)(struct inode*, struct file*); int (*release)(struct inode*, struct file*); int(*ioctl)(struct inode*, struct file*, unsigned int, long); int(*check_media_change)(kdev_t); int(*revalidate_disk)(kdev_t

12、); struct module *owner; ,Linux2.4定義的塊設(shè)備操作,10.2.4 Linux對(duì)設(shè)備文件的操作,struct block_device_operations int(*open)(struct inode*, struct file*); int (*release)(struct inode*, struct file*); int(*ioctl)(struct inode*, struct file*, unsigned int, long); int(*compat_ioctl)(struct file*, unsigned int, long); int

13、(*media_changed)(struct gendisk*); int(*revalidate_disk)(struct gendisk*); struct module *owner; ,Linux2.6定義的塊設(shè)備操作,10.2.5 內(nèi)核空間和用戶空間交互,int access_ok(int type, unsigned long addr, unsigned long size); unsigned long copy_to_user(void* to, const void* from, unsigned long fen); unsigned long copy_from_us

14、er(void* to, const void* from, unsigned long fen); void *mmap(void* start, size_t length, int prot, int flags, int fd, loff_t offsize);,直接編譯到內(nèi)核，再運(yùn)行新的內(nèi)核來調(diào)試 調(diào)試效率低,10.2.6 Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)和調(diào)試方法,module模式，將單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)編譯為module模式，單獨(dú)加載調(diào)試 調(diào)試效率高，調(diào)試時(shí)不用重啟內(nèi)核,10.2.7 內(nèi)核模塊module,1. 什么是module？ module就是一個(gè)程序，但他可以被動(dòng)態(tài)加載到kernel里，成為ke

15、rnel的一部分。加載到kernel里的module具有和kernel一樣的權(quán)力，它可以訪問kernel里發(fā)布的任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用發(fā)布的function()。,10.2.7 內(nèi)核模塊module,2. kernel如何管理module？,10.2.7 內(nèi)核模塊module,3. module的初始化與回收,int init_module(void) /模塊初始化函數(shù) int result; result = register_chrdev(“參數(shù)1”，“參數(shù)2”，“參數(shù)3”)； if（result0） printk(DEVICE_NAME “cant get major mumber”); r

16、eturn result; if(device_major = 0) device_major = result; return result; ,10.2.7 內(nèi)核模塊module,3. module的初始化與回收,void cleanup_module(void) /模塊卸載函數(shù) unregister_chrdev(參數(shù)1，參數(shù)2)； ,Module_init(module _init),module_exit(module _cleanup) 這兩個(gè)宏是在Linux內(nèi)核頭文件中定義的，Linux2.4中才具有。,10.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架,include include include

17、include include define DEMO_DEVICE_MAJOR 125 define DEMO_DEVICE_NAME “demo” define DEMO_DEVICE_COMMAND1 1 define DEMO_DEVICE_COMMAND2 2 define DEMO_DEVICE_COMMAND3 3,1 頭文件包含： 編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)的時(shí)候要包含內(nèi)核的頭文件,2 定義常量： 定義模塊的主設(shè)備號(hào)和模塊的名稱,10.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架,module_init(demo_init); module_exit(demo_cleanup); static struct fil

18、e_operation demo_device_fops = owner: THIS_MOUDLE, read:demo_read, write:demo_write, ioctl:demo_ioctl, open:demo_open, release:demo_close, ;,3 函數(shù)聲明；,4 文件操作結(jié)構(gòu)的指針,10.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架,static int demo_init(void) int result; SET_MODULE_OWNER(,10.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架,static int demo_write(struct file *flip, const char *buffer, size_t count) char dev_buf; copy_from_user(dev_buff, buffer, count); ; static int demo_read(struct file *flip, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos) char dev_buf; copy_to_user(buffer, dev_buff, count); ;,5 各種操作,10.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架,static int demo_ioctl(struct inode *i