linux字符设备驱动课程设计报告

1、课 程 设计 目 的Linux 系统的开源性使其在嵌入式系统的开发中得到了越来越 广泛的应用，但其本身 并没有对种类繁多的 硬件设备都提供现成的驱动程序，特别是 由于工程应用中的灵活性， 其驱动程序更是难以统一，这时就需开发一套适合于自己产品 的设备驱动。对用户而言， 设备驱动程序隐藏了 设备的具体细节，对各种不同设备提供了 一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊 的设备文件，用户程序可以像对其它文件一样对此设备文件进行操作。通过这次课程设计可 以了解 linux 的模块机制，懂得如何加 载模块和卸载模块，进一步熟悉模块的相关操作。加深对驱动程序定义和设计的了解，了解 linux 驱动的编

2、写过程， 提高自己的动手能力。2、 课 程设计 内 容与要求字符设备驱动程序1、设计目的：掌握设备驱动程序的编写、编译和装载、卸载方法 ，了解设备文件的创建，并知道如何编写测试程序测试自己的驱动程序是否能够正常工 作2、设计要求：1) 编写一个简单的字符设备驱动程序，该字符设备包括打开、读、写、 IO 控制与释放五个基本操作。2) 编写一个测试程序，测试字符设备驱动程序的正确性。3) 要求在实验报告中列出Linux 内核的版本与内核模块加载过程。3、 系 统分析 与 设计1、 系 统 分析序是操作系统内核和机节，这样在应用程序看来，样对硬件设备进行操作。设系统调用是操作系统 内核和应用程序之间

3、的接口，设备驱动程器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一备驱动程序是内核的 一部分，它完成以下的功能1、对设备初始化和释放2、把数据从内核传送到3、读取应用程序传送给4、检测和处理设备出现字符设备提供给应用；硬件和从硬件读取数据； 设备文件的数据和回送应用程序请求的数 的错误。程序的是一个流控制接口，主要包括据；op e n 、 clo s e （或 r eleas e )、 r e ad 、 w r i t e 、 i o c t l 、 p o l l 和 m m a p 等。在系统中添加一个字符设备驱动程序，实际上就是

4、给上述操作添加对应的代码。对于 字符设备和块设备， L i n ux 内核对这些操作进行了统一的抽象，把它 们定义在结构体 fi le_operations 中。2、 系 统 设计 ：2.1 、模块设计：2.2数据结构说明字符设备驱动主要应用了三种数据结构： file_operations结构，这是设备驱动程序所提供的一组用一个结构向系统进行说明的入口点； file 结构，主要用于与文件系 统对应的设备驱动程序。代表一个打开的文件，它由内核在 open时创建，并传递给在该文件 上进行操作的所有函 数，直到碰到最后的 close函数。在文件的所有实例 都被关闭之后,内核会释放这个数据结构；ino

5、de结构，提供了关于特殊设备文件/dev/mydev的信息。1）打开3 / 11各个结构的定义如下(1) file_operations 结构:static const struct file_operations my_fops = .owner = THIS_MODULE, .llseek = my_llseek, .read = my_read, .write = my_write,.open = my_open,.release = my_release,.unlockedioctl=ioctl,;(2) file 结构:1)读static ssize_t*ppos)2)写static

6、 ssize_tloff_t *ppos)my_read(structmy_write(struct3) seek文件定位static loff_t my_llseek(struct4) IO座制static int ioctl (struct file(3) inode 结构：file *filp, charfile*filp, constfile*filp, loff_t*file, unsigned_user *buf,userint cmd, unsignedcharoffset, intsize_t size, loff_t*buf, size_t sizewhence)long a

7、rg)int my_open(struct inode *inode, struct file *filp) 2)释放int my_release(struct inode *inode, struct file *filp)2.3、算法流程图：四、系统测试与调试分析4.14.1.1 启动超级管理员模式并输入密码系统测试命令：sudo su7 / 1155 0和 cd /dev4.1.5 创建节点并查看命令：mknod /dev/lydev4.1.2对源程序进行编译命令：make19441 醐-$ MU IE中 I jmiwff产 球r»M W1 Vf 11/I jV rl If*卜

8、> EEi. Iirln-: ! + *#* 9,浮11 *;/*/1 成 T MpHWtadijJ、出Ml 阳一门 pjwr udf M*eMi!.wartiilfTT I Ifi t-grwf | t iW111 +/修1 WK”| Ip m. / RI 单 iH.中叫7 t M p jKskJ L r'lSn/k-s4n.* WllE-ln. e>/MwJL wgnHjM,八4IH ihJF-Jl-i-fcs ：214；a讯tSlWlE/tl!&口 d* g：M|4tLiHMflh,书 M；ulk - i；f 彳RIWS1T I Hik ”IELL j/1lK

9、i.' t!Mni .Kd -DAJ I"?mAe-I lh S S. ft fl r 彳小巾.” "切,xiMkra 上.始 I pe*eriw ,卜呷 TIHf 54.1.6 编译测试程序命令: gcc -o t test.c4.1.3加载驱动程序并查看命令：insmod lydev.ko 和 lsmodf. PvrtfHLtfi 户户 nRE器EMIWMRTrue"irnr ，十. i'dn-* zl F“' T 筛 < A H ftHAEfUHl ：/41 £.4.【Ml W +iWffilEfl taiphi 祠

10、>_* 1 - ：EM 1”| r-Ll3! -J 1 曾rwW1<f j烟rdcirc4l|dm 蚀 F*，gE甲-1“； ：dni'l n*1 gbni .c加ZWlUKX 加%ry9M 事艮 i T »Fe:门M>KL； It 111nH :ii B|r :，,q* r|flrkiM|. M Irtl1 taKllM il ，xMH,fwtMwl FXfFih/Gfl/iBmytfryf 忖Uli tf< bhfiiL H3t fev4.1.7运行测试函数命令：./t4.1.4显示主设备号命令：cat /proc/devices4.1.8进行打开

11、设备操作 命令：14.1.12进行释放设备 操作 命令：54.1.9进行写操彳并输入hello命令：24.1.13进行退出操作命令：6，一 ”利声叫加*»，|5£刷开|：/* .1 M师"1:力：尸K* E IJ FM w I iFflffli B *kwB*!J I|:,riw>'!</dv* cd " ifdaiR：tapBHi' I1E|(4TIIt 第* FMi 部iim门仲wfjif “ iw>« r»Wi lr|) ；-BTj” “I'firiif i|1 4r?aMN I 门力：

12、vdn .- L-gRfen%4 ct -4 T Lra.!.:pl.r-siLg.KKL Ui 费4* !E-ME.f：£1露r配4d： arvdN iM fs1Ie hvtwk M 9HiL mi WvMgmiguh m m ，i 卜门“k it t!n l/Mfe h i 比 ,* - fE I/H* 4 It > pl ft- ri , r I4.1.10进行读操作命令：3'"*"*11 1' f f 5 同 一 g"mWthjtF我产i.Mmi d :也“卜*1”卜产i掘”“，向用什产汽干部单号，川I 43"1W

13、" gidflw* vd ldra WBC*' W ：/事 " I ./ f I. RieL teife.-L311 ：AMMlpJWIAiri4«IKC I f tm.irBi,! rfn#LK Q! i> hnc+网 叼"f"ir ：E inl«Mi(i -1/ 1h» 9111 tsrc-iip |i rqarmii K nu|L* rQl bV frH.I刑Jim情 fX k打畀 b vtt-n卜“ 郡-E.i :r*九星氏仃噌力外 Iiinn-4 wM曲学障r ? * * Ar , U y.F aK-

14、 WED ,*再咻/碍一 I4.1.14卸载驱动程序 命令：rmmod lydev4.1.15查看日志 命令：dmesg4.1.11进行I/O控制命令：44.1.16删除节点并查看命令：rm lydev 和 ls| 帆 1911121i imip if mi小+rw 1 13M «UMI|1nM4 » 斤Ml IC%JLl CDCTQMVT-ifi * y：明如 1nlw/l«*r*i*1Kf Nwft LThr«acvli.3iji|11mwiiMSh MdtjriraHpEM皿ri iwrkMi*ElyZ9ItiiMit rmTlvMVMynllT*

15、4LN44MgNWb.凶 Iri*KIWTtU.NT2rr,lt的nMM酎田«tr<4ftjVlluir HIt |M>mKbfl'trvEtpS»mEIMl*li IfMcvylAMiEkHMtuittrM4mL “举nhirtihdha.MlwME4,导1TfU -LtitrSM19 / 114.2调试分析最开始的时候没有启 用sudo模式，导致很多命令不能执行，启用模式的时 候需要输入 密 码，但是输入密码 的时候是不显示东西的以为出错，查阅资料之后才知道是应有的现象。程序测试一遍之后再 次测试很多命令不能执行，原因是第一次 测试之后产生的各种文

16、件没有删除，再次测 试会显示已存在。有一次测试程序，不 能卸载驱动，用IsmodS看有两个进程 使用，后来强制关机才能正 常使用，原因不明， 以后要加强学习。五、程序清单1 .主程序#include <linux/module.h>#include <linux/types.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/mm.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/init.h>#incl

17、ude <linux/cdev.h>#include <linux/slab.h>#include <asm/io.h>#include <asm/system.h> #include <asm/uaccess.h> #include "lydev.h"#define SCULL_IOC_MAGICk' #define SCULL_IOCRESET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 0) #define SCULL_IOCSQUANTUM _IOW(SCULL_IOC_MAGIC,1, int) #

18、define SCULL_IOCSQSET _IOW(SCULL_IOC_MAGIC2, int) #define SCULL_IOCTQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 3) #define SCULL_IOCTQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 4)#define SCULL_IOCGQUANTUM _IOR(SCULL_IOC_MAGIC,5, int) #define SCULL_IOCGQSET _IOR(SCULL_IOC_MAGIC,6, int) #define SCULL_IOCQQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC,

19、7) #define SCULL_IOCQQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 8) #define SCULL_IOCXQUANTUM _IOWR(SCULL_IOC_MAGIC9 , int) #define SCULL_IOCXQSET_IOWR(SCULL_IOC_MAGIC,10,int) #define SCULL_IOCHQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 11) #define SCULL_IOCHQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 12) #define SCULL_IOC_MAXNR4 static int ly_majo

20、r = 55; module_param(ly_major, int, S_IRUGO); struct ly_dev *ly_devp; /* 设备结构 体指针*/struct cdev cdev;static int ioctl (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);/* 文件打开函数 */int ly_open(struct inode *inode, struct file*filp)struct ly_dev*dev;/* 获取次设备号*/int num = MINOR(inode->i_rdev);i

21、f (num >= MYDEV_NR_DEVS) return -ENODEV;dev = &ly_devpnum;/* 将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针 */filp->private_data = dev;return 0;/* 文件释放函数 */int ly_release(struct inode *inode, struct file*filp)return 0;/* 读函数 */static ssize_t ly_read(struct file*filp, char_user *buf, size_t size,loff_t *ppos)unsigne

22、d long p = *ppos;unsigned int count = size;int ret =0;struct ly_dev *dev = filp->private_data; /* 获得设备结构体指针*/* 判断读位置是否有效*/if (p >=MYDEV_SIZE)return 0;if (count > MYDEV_SIZE - p) count = MYDEV_SIZE - p;/* 读数据到用户空间 */if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count)ret = - EFAULT; else*

23、ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %lxn", count, p);return ret;/* 写函数 */static ssize_t ly_write(struct file*filp, constchar _user *buf, size_tsize, loff_t*ppos)unsigned long p = *ppos;unsigned int count = size;int ret =0;struct ly_dev*dev = filp->private_d

24、ata;/* 获得设备结构体指针*/* 分析和获取有效的 写长度 */if (p >= MYDEV_SIZE) return 0;if (count > MYDEV_SIZE- p) count = MYDEV_SIZE - p;/* 从用户空间写入数据*/if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count)ret = - EFAULT;else*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %lxn", count, p);r

25、eturn ret;/*IO 控制函数 */static intioctl(struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)if(_IOC_TYPE(cmd)!=SCULL_IOC_MAGI C) return -EFAULT;if(_IOC_NR(cmd)>SCULL_IOC_MAXNR) return -EFAULT;switch(cmd)case SCULL_IOCRESET:printk("SCULL_IOCRESET +%lx",arg);break;case SCULL_IOCSQUANTUM/*

26、: Set: argpoints to the value */printk("SCULL_IOCSQUANTUM +%lx",arg);break;case SCULL_IOCTQUANTUM/*: Tell: argis the value */printk("SCULL_IOCTQUANTUM + %lx",arg);break;case SCULL_IOCGQUANTUM/*: Get: argis pointer to result */printk("SCULL_IOCGQUANTUM+%lx",arg);break;ca

27、se SCULL_IOCQQUANTUM/*: Query:return it (it's positive) */printk("SCULL_IOCQQUANTUM+%lx",arg);break;case SCULL_IOCXQUANTUM/*: eXchange:use arg as pointer */printk("SCULL_IOCXQUANTUM +%lx",arg);break;case SCULL_IOCHQUANTUM/*: sHift:like Tell + Query */printk("SCULL_IOCHQU

28、ANTUM+%lx",arg);break;return 0;/* seek 文件定位函数*/static loff_t ly_llseek(struct file*filp, loff_t offset, int whence)loff_t newpos;switch(whence) case 0: /* SEEK_SET*/ newpos = offset;break;case 1: /* SEEK_CUR*/ newpos = filp->f_pos + offset; break;case 2: /* SEEK_END*/ nnnnnn = MYDEV_SIZE -1

29、+ nnnnnn;break;default: /* can't happen */ return -EINVAL;if (newpos<0) | (newpos>MYDEV_SIZE) return -EINVAL;filp->f_pos = newpos; return newpos;/* 文件操作结构体*/static conststructfile_operationsly_fops =.owner = THIS_MODULE,.llseek = ly_llseek,.read = ly_read,.write = ly_write,.open = ly_op

30、en,.release = ly_release, .unlocked_ioctl= ioctl,;/* 设备驱动模块加载函数 */static int lydev_init(void)int result;int i;dev_t devno = MKDEV(ly_major, 0);/* 静态申请设备号*/if (ly_major)result =register_chrdev_region(devno, 2, "lydev");else /* 动态分配设备号 */result =alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "ly

31、dev");ly_major = MAJOR(devno);/* 为设备描述结构分配内存*/ly_devp = kmalloc(MYDEV_NR_DEVS * sizeof(struct ly_dev), GFP_KERNEL);if (!ly_devp) /* 申 请失败 */result = - ENOMEM;goto fail_malloc;memset(ly_devp, 0, sizeof(struct ly_dev);/* 为设备分配内存*/for (i=0; i < MYDEV_NR_DEVSi;+)ly_devpi.size= MYDEV_SIZE;ly_devp

32、i.data=kmalloc(MYDEV_SIZE, GFP_KERNEL);memset(ly_devpi.data, 0, MYDEV_SIZE);2. 测 试 程序#include <stdio.h>#include<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<fcntl.h>#include<linux/rtc.h>#include<linux/ioctl.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#define MAX

33、BUF 20#define SCULL_IOC_MAGIC'k'#define SCULL_IOCRESET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 0) #define SCULL_IOCSQUANTUMif (result < 0) return result;/* 初始化 cdev 结构 */cdev_init(&cdev, &ly_fops);cdev.owner = THIS_MODULE;cdev.ops = &ly_fops;/* 注册字符设备 */cdev_add(&cdev, MKDEV(ly_major, 0), MY

34、DEV_NR_DEVS);printk(" 模块加载成功！ n");return 0;fail_malloc:unregister_chrdev_region(devno, 1);return result;/* 模块卸载函数*/static void lydev_exit(void)cdev_del(&cdev); /* 注 销设备*/kfree(ly_devp); /* 释放设备结构体内存*/unregister_chrdev_region(MKDEV(ly_major, 0), 2);/* 释放 设备号 */printk(" 模块卸载成功！ n&qu

35、ot;);MODULE_LICENSE("GPL");module_init(lydev_init);module_exit(lydev_exit);_IOW(SCULL_IOC_MAGIC,1, int)#define SCULL_IOCSQSET_IOW(SCULL_IOC_MAGIC,2, int)#define SCULL_IOCTQUANTUM_IO(SCULL_IOC_MAGIC, 3)#define SCULL_IOCTQSET_IO(SCULL_IOC_MAGIC, 4)#define SCULL_IOCGQUANTUM_IOR(SCULL_IOC_MAGI

36、C,5, int)#define SCULL_IOCGQSET_IOR(SCULL_IOC_MAGIC,6, int)#define SCULL_IOCQQUANTUM_IO(SCULL_IOC_MAGIC, 7)13 / 11#define SCULL_IOCQQSET_IO(SCULL_IOC_MAGIC, 8)#define SCULL_IOCXQUANTUM_IOWR(SCULL_IOC_MAGIC9, , int)#define SCULL_IOCXQSET_IOWR(SCULL_IOC_MAGIC,10,int)#define SCULL_IOCHQUANTUM_IO(SCULL_

37、IOC_MAGIC, 11)#define SCULL_IOCHQSET_IO(SCULL_IOC_MAGIC, 12)#define SCULL_IOC_MAXN1R4int main()int testdev;int i,flag= 1,t,len = -1;char sel;char bufMAXBUF,tmpMAXBUF;printf("1 、打开设备n2 、写操作n3、读操作n4、I/O控制n5、释放设备n6 、退出n");while(1) printf(" 请输入要执行的操作： ");printf(" 写操作失败！ n")

38、;break;printf("%s 字符串写入成功！ n",tmp);break;case '3':if(flag) printf(" 请先打开设备！ n");break;if (len <0) printf(" 请先进行写 操作！ n");break;t = read(testdev,buf,len);if (t < 0)printf(" 读操作失败！ n");break;printf(" 读操作成功 ! 结果为 :%sn",buf);break;*/case &#

39、39;2':if(flag) printf(" 请先打开设备！ n");sel = getchar();getchar();switch(sel) case '1':testdev=open("/dev/lydev",O_RDWR);if ( testdev< 0 )printf(" 设备打开失败 n");break;flag = 0;printf(" 设备打开成功！ n"break;/*case '2':if(flag) printf(" 请先打开设备！ n

40、");break;printf(" 请输入写入 的字符串 : ");gets(tmp);len = strlen(tmp);printf("len= %dn",len);t = write(testdev,tmp,len);if (t < 0)continue;printf(" 请输入要写 入的字符串： ");gets(tmp);len = sizeof(tmp);/strlen(tmp);t = write(testdev,tmp,len);if(t < 0)perror(" 写操作失败！ n&quo

41、t;);exit(-1);printf(" 字符串 :%s 写入成功！ n",tmp);break;case '3':if(flag) printf(" 请先打开设备！ n");continue;lseek(testdev,0,SEEK_SET);t = read(testdev,buf,len);if(t < 0)perror(" 读操作失败！ n");exit(-1);printf(" 读操作成功 ! 结果为 :%sn",buf);break;case '4':if (fl

42、ag) printf(" 请先打开设备！ n");break;t =ioctl(testdev,SCULL_IOCTQUANTUM,3);if(t < 0)printf("IO控制失败n"); else printf("IO控制成功n");break;case '5':if (flag) 六、 体 会与 自 我评 价printf(" 请先打开设备！ n");break;/release(testdev);close(testdev);printf(" 设备释放成功！ n");flag = 1;break;case '6':close(testdev);exit(0);default:printf(" 输入有误 !n");break;生都不会陌生，多多在这次课程设计之前从没有