嵌入式应用程序设计设备驱动2

1、1.字符设备驱动编写流程8.2 字符设备驱动编程1按模块化设计，一个典型的Linux设备驱动程序应包含哪几部分？在Linux操作系统中如何实现一个驱动程序的开发？设备驱动程序通常包含中断处理程序和设备服务子程序两部分。一个典型的Linux设备驱动程序应包含以下几部分代码：设备服务子程序（驱动程序模块的注册与注销函数、设备的打开、关闭、读、写及需要的其他操作函数）设备的中断服务程序。在Linux操作系统中实现一个驱动程序的开发，必须按照如下步骤进行：设备或模块的初始化；实现该文件操作接口；注册设备中断；编写中断服务程序；文件读写操作。22.重要数据结构 驱动程序中最重要的三个结构：inode 文

2、件file 文件描述符 I/O操作函数8.2 字符设备驱动编程3struct loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp);ssize_t (*write) (struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsign

3、ed int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *);int (*release) (struct inode *, struct fi

4、le *);int (*fsync) (struct file *, struct dentry *);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*check_media_change) (kdev_t dev);int (*revalidate) (kdev_t dev);int (*lock) (struct file *, int, struct *);4mode_t f_mode;/*标识文件是否可读或可写，FMODE_READ或FMODE_WRITE*/dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty */off_t f_pos;

5、 /* 当前文件位移 */unsigned short f_flags; /* 文件标志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */unsigned short f_count; /* 打开的文件数目 */unsigned short f_reada;struct inode *f_inode; /*指向inode的结构指针 */struct *f_op;/* 文件索引指针 */;struct file 5struct inodedev_t i_rdev，表示设备文件对应的设备号。structcdev *i_cdev，成员指向cdev设备。除了从dev_t得到主设备号和次设备

6、号外，这里还可以使用imajor()和iminor()函数从i_rdev中得到主设备号和次设备号。imajor()函数在内部调用MAJOR宏，如下代码所示。staticinlineunsignedimajor(conststructinode*inode) returnMAJOR(inode-i_rdev);/*从inode-i_rdev中提取主设备号*/ 同样，iminor()函数在内部调用MINOR宏，如下代码所示。staticinlineunsignediminor(conststructinode*inode) returnMINOR(inode-i_rdev);/*从inode-i_

7、rdev中提取次设备号*/ 68.2.3设备驱动程序主要组成1.早期版本的字符设备注册register_chrdev() 8.2 字符设备驱动编程78.2.3设备驱动程序主要组成1.早期版本的字符设备注册unregister_chrdev() 8.2 字符设备驱动编程88.2.3设备驱动程序主要组成2.设备号相关函数获取设备号MAJOR(dev_t dev); /*获得主设备号*/MINOR(dev_t dev); /*获得次设备号*/MKDEV(int major, int minor);设备注册于注销8.2 字符设备驱动编程98.2.3设备驱动程序主要组成2.设备号相关函数获取设备号MAJ

8、OR(dev_t dev); /*获得主设备号*/MINOR(dev_t dev); /*获得次设备号*/MKDEV(int major, int minor);设备注册于注销8.2 字符设备驱动编程108.2.3设备驱动程序主要组成3.新版本设备注册8.2 字符设备驱动编程11举例structtest_fops=read:read_test,write:write_test,open:open_test,release:release_test,;unsignedinttest_major=254;/设备号intresult;result=register_chrdev(test_major

9、,test,&test_fops);if(resultprivate_data的数据结构。检查设备特定的错误（诸如设备未就绪或类似的硬件问题）。8.2 字符设备驱动编程138.2.3设备驱动程序主要组成5.释放设备int (*release) (struct inode *, struct file *); 释放设备的主要操作：释放打开设备时系统所分配的内存空间（包括filp-private_data指向的内存空间）。在最后一次关闭设备（使用close()系统调用）时，才会真正释放设备（执行release()函数）。即在打开计数等于0时的close()系统调用才会真正进行设备的释放操作。8.2

10、 字符设备驱动编程14模块计数的实现Linux 2.4内核MOD_INC_USE_COUNTMOD_DEC_USE_COUNTLinux 2.6内核try_module_get(&module)int try_module_get(struct module *module);该函数用于增加模块使用计数；若返回为0，表示调用失败，希望使用的模块没有被加载或正在被卸载中。module_put (&module)void module_put(struct module *module);该函数用于减少模块使用计数。15举例linux2.4staticintopen_test(structinod

11、e*inode,structfile*file)MOD_INC_USE_COUNT;return0;staticintrelease_test(structinode*inode,structfile*file)MOD_DEC_USE_COUNT;return0;16举例linux2.6static void _exit module_close(void) len=0; printk(KERN_ALERTUnloading.n); unregister_chrdev_region(MKDEV(DP_MAJOR,DP_MINOR),10); cdev_del(chardev); 178.2.3

12、设备驱动程序主要组成6.读写设备 read()和write()函数 8.2 字符设备驱动编程188.2.3设备驱动程序主要组成6.读写设备 copy_to_user()和copy_from_user() 8.2 字符设备驱动编程19举例char*str_test;/存放内存空间的指针unsignedintcount_driver;/当前内存中拥有的数据的字节数constunsignedintcount_driver_max=255;/容量的最大值static ssize_t write_test(struct file * char *buf,size_t count,loff_t *t)in

13、t result;if(count0)if(count_driver=count)if(result=copy_to_user(buf,str_test,count)！=0)read_num=count;elseread_num=0;elseif(result=copy_to_user(buf,str_test,count_driver)！=0)read_num=count_driver;elseread_num=0;elseread_num=0;return read_num;218.2.3设备驱动程序主要组成7.ioctl 大部分设备除了读写操作，还需要硬件配置和控制（例如，设置串口设备的

14、波特率）等很多其他操作。在字符设备驱动中ioctl函数接口给用户提供对设备的非读写操作机制。8.2 字符设备驱动编程228.2.3设备驱动程序主要组成8.获取内存kmalloc()/kfree()kmalloc语法格式：8.2 字符设备驱动编程238.2.3设备驱动程序主要组成if(str_test=(char*)kmalloc(256,GFP_KERNEL)=NULL)/申请256字节的内存空间printk(kmallocerrorn);return-1;8.2 字符设备驱动编程241.什么是GPIO接口？其主要作用？ GPIO接口就是通用输入输出（General Purpose Input

15、/Output） 主要作用是传送需并行交互的信息，或者是开关量信号。 2.内核模块的编程和普通应用程序的编程有哪些区别？ 主要区别为：（1）因为内核模块运行在内核态，所以包含的头文件是内核程序相关的头文件，而普通程序则包含的是glibc的头文件（2）模块程序没有main函数，而是通过init_module函数在加载后初始化。（3）模块程序内可直接调用内核函数，而普通程序则只能通过系统调用使用内核函数。（4）普通用户程序可运行多次，而内核函数通常则只能加载1次。253.Linux中的设备可以分为哪几类，各有何特点？ Linux中的设备可以分为三类：字符设备、块设备和网络设备。各自的特点是：字符设

16、备是指数据处理以字节为单位按顺序进行的设备，它没有缓冲区，不支持随机读写。在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了。块设备是指那些在输入/输出时数据处理以块为单位的设备，它一般都采用了缓存技术，支持数据的随机读写。网络设备面向的上一层不是文件系统层而是网络协议层，设备节点只有在系统正确初始化网络控制器之后才能建立。内核和网络设备驱动程序间的通信，与字符设备驱动程序、块设备驱动程序与内核间的通信也是完全不一样的。在Linux中，整个网络接口驱动程序的框架可分为四层，从上到下分别为协议接口层、网络设备接口层、提供实际功能的设备驱动功能层、以及网络设备和网络媒介层。26驱动模

17、块编写测试步骤编写模块代码编译代码 gcc 加载模块insmod 查看设备号/proc/device映射为设备文件 mknod /dev/fs c 254 0编写测试代码生成可执行测试文件运行测试27#include#include#include#include#include#include#include#include#includeMODULE_LICENSE(GPL);unsignedinttest_major=254;/设备号char*str_test;/存放内存空间的指针unsignedintcount_driver;/当前内存中拥有的数据的字节数constunsignedin

18、tcount_driver_max=255;/容量的最大值structtest_fops=read:read_test,write:write_test,open:open_test,release:release_test,;28模块初始化函数为staticinttest_init_module(void) intresult;result=register_chrdev(test_major,test,&test_fops);if(result0) printk(KERN_INFOtest:cantgetmajornumbern);returnresult;printk(registero

19、kn);if(str_test=(char*)kmalloc(256,GFP_KERNEL)=NULL)/申请256字节的内存空间printk(kmallocerrorn);return-1;Elseprintk(kamllocsuccess!n);count_driver=0;return0; 29open和close的实现, 只是一个计数功能：staticintopen_test(structinode*inode,structfile*file)MOD_INC_USE_COUNT;return0;staticintrelease_test(structinode*inode,struct

20、file*file)MOD_DEC_USE_COUNT;return0;30Write函数的实现static ssize_t write_test(struct file * char *buf,size_t count,loff_t *t)int result;if(count0)if(count_driver=count)if(result=copy_to_user(buf,str_test,count)=0)read_num=count;elseread_num=0;elseif(result=copy_to_user(buf,str_test,count_driver)=0)read_num=count_driver;elseread_num=0;elseread_num=0;return read_num;32gcc-DMODULE-D_KERNEL_-I/usr/src/linux-2.4.20/include-ctest.cinsmod test.omknod /dev/test c 254 0c表示字符设备，254为主设备号，0为次设备号。33Test_w.c#include#include#include#includeint main(void)int i;in