Linux设备驱动程序培训课件(ppt 80页).ppt

1、主题：,Linux设备驱动程序,主讲人：,徐文正,V1.0,大纲,1- 设备驱动程序入门 2- 中断处理 3- 等待队列 4- 定时处理 5- 实例分析字符设备驱动程序 6- 实例分析网络设备驱动程序 7- 用户与内核的接口,1 设备驱动程序入门,驱动程序分类 模块方式驱动程序 内核方式驱动程序 用户模块驱动程序,1.1 驱动程序分类,字符设备驱动程序 表现为文件,面向字节,即时收发数据 块设备驱动程序 表现为文件,面向块,通过缓存区进行缓冲 网络设备驱动程序 表现为net_device结构链表中的一项,面向流或数据 报,通过sk_buff结构进行收发,1.2 模块方式驱动程序,编写步骤 1)

2、 写入口函数 2) 写模块函数 3) 编译为.O文件 4) 插入模块 5) 创建设备文件 调试方式 实例,1.2 模块方式驱动程序,一、入口函数,Open() 打开设备 增加使用记数；分配内存空间；初始化变量、函数；申请中断、I/O空间 Release() 关闭设备 减少使用记数；释放内存空间；释放中断、 I/O空间 Write() 写设备 Copy_from_user() Read() 写设备 Copy_to_user() 其他函数如ioctl()和中断处理函数等,1.2 模块方式驱动程序,二、模块函数,Init_module() 模块初始化函数。在插入模块时执行 也可以用module_in

3、it(your_init_func) 主要执行设备的注册 Cleanup_module() 模块清理函数。在移除模块时执行 也可以用module_exit(your_cleanup_func) 主要执行设备的反注册,1.2 模块方式驱动程序,三、编译,用如下命令将mydriver.c编译为mydriver.o Ppc_8xx-gcc-DLINUX-DMODULE- D_KERNEL_-Wall-Wstrict-prototypes-fno- builtin-nostdinc -O2- I/opt/hardhat/devkit/lsp/embeddedplanet-cllf-ppc_8xx/li

4、nux-2.4.17_mvl21/include/-I/opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/lib/lib/gcc- Lib/powerpc-hardhat-linux/2.95.3/include/-I /opt/hardhat/devkit/lsp/embeddedplanet-cllf- ppc_8xx/linux-2.4.17_mvl21/arch/ppc/-c Mydriver.c,1.2 模块方式驱动程序,四、插入模块,insmod mydriver.o 该命令将驱动程序模块插入到内核中，并执行init_module()函数。该命令也可以向驱动程序中传递一些参数。

5、 rmmod mydriver 该命令将驱动程序模块从内核中先移除，并执行cleanup_module()函数。 其它命令：modprobe、depmod、modinfo。,1.2 模块方式驱动程序,五、创建设备文件,Mknod/dev/mydriver c major minor 该命令创建一个字符设备文件mydriver，它的主设备号是major，次设备号是minor。设备号信息可以在/proc/devices文件中获得。 网络设备驱动程序不需要此步骤，因为它不出现在文件系统中。,1.2 模块方式驱动程序,模块驱动程序的调试,使用printk函数 在程序的开始加入 #define MY_d

6、ebug 在需要打印调试信息的位置加入 #ifdef MY_DEBUG printk(“my debug info”); #endif,1.2 模块方式驱动程序,模块驱动程序实例,Modexample.c #include #include #include #include #include #include unsigned int test_major=0 ssize_t read_test(struct file *file,char *buf,size_t count,loff_t *offset) int left; if(verify_area(VERIFY_WRITE,buf,

7、count)=-EFAULT) Return EFAULT; for(left=count;left0;left-) put_user(1,buf); buf+ Return count; ,1.2 模块方式驱动程序,ssize_t write_test(struct file *file,const char *buf,size_t count,loff_t *offset) Return count; Int open_test(struct inode *inode,strut file *file) MOD_INC_USE_COUNT; Return 0; Int release_te

8、st(struct inode *inode,struct file *file) MOD_DEC_USE_COUNT; Return 0; ,1.2 模块方式驱动程序,Static struct file_operations Test_fops= Read: read_test, write: write_test, open: open_test, release: release_test, ; Int my_init_module(void) Int result; Result=register_chrdev(test_major,”test”, ,1.2 模块方式驱动程序,Voi

9、d my_cleanup_module(void) Unregister_chrdev(test_major,”test”); Module_init(my_init_module); Module_exit(my_cleanup_module); 编译 Insmod modexample.o 如果安装成功，在/proc/devices文件中就可以看到设备test，并可以看到它的主设备号。 创建设备文件 Mknod/dev/test major minor 将minor设为0即可,1.3 内核方式驱动程序,编写步骤 1) 写入口函数 2) 写初始化函数 3) 修改Config.in文件 4)

10、修改Makefile文件 5) 配置初始化函数 6) 编译内核 7) 创建设备文件 调试方式 实例,1.3 内核方式驱动程序,一、入口函数,Open(), Release() 打开和关闭设备 Write(), Read() 读写设备 ioctl() 对设备的控制函数 其他函数，如和中断处理函数等,二、初始化函数,一般命名为mydriver_init() 其功能包括： 填充设备相关结构的信息域 实现入口函数指针与设备相 关结构的连接 探测可用的IRQ号 探测可用的IO基址 注册设备,1.3 内核方式驱动程序,三、修改Config.in文件,目的：在配置内核时要在相应菜单下出现my driver选

11、项 修改文件 linux-2.4.17_mv121/drivers/char/Config.in， 在相应位置添加如下语句 bool my driver CONFIG_MYDRIVER,四、修改Makefile文件,目的：使内核能够编译mydriver.c文件（在配置内核时选择了my driver） 修改文件 linux-2.4.17_mv121/drivers/char/Makefile，在相应位置添加如下语句 obj-$( CONFIG_MYDRIVER)+=mydriver.o 将mydriver.c等源文件拷贝到目录linux-2.4.17_mv121/drivers/char/下,1

12、.3 内核方式驱动程序,五、配置初始化函数,目的：使内核启动时执行mydriver_init()函数 在linux-2.4.17_mv121/drivers/block/genhd.c中device_init()函数外的适当位置添加： #ifdef CONFIG_MYDRIVER extern void mydriver_init(void); #endif 在linux-2.4.17_mv121/drivers/block/genhd.c中device_init()函数内的适当位置添加： #ifdef CONFIG_MYDRIVER mydriver_init(); #endif,1.3 内

13、核方式驱动程序,六、编译内核,在linux-2.4.17_mv121/下执行如下命令 make clean; make dep; make zImage 编译好的内核保存在linux-2.4.17_mv121/arch/ppc/boot/images/zImage.embedded中； 启动内核就可以在/proc/devices文件中看到mydriver设备,七、创建设备文件,Mknod/dev/mydriver c major minor 该命令创建了一个字符设备文件mydriver，它的主设备号是major，次设备号是minor。设备号信息可以在/proc/devices文件中获得。 也可

14、以在rc.sysinit文件中添加此命令，从而在启动时自动创建该设备文件,1.3 内核方式驱动程序,内核驱动程序调试,Printk Kgdb BDI2000,一.配置内核 1.Make menuconfig 2.在Kernel Hacking部分选中CONFIG_KGDB 3.将makefile中的CFLAGS变量修改为CFLAGS= -Wall-Wstrict-prototypes o2 g ggdb 二.重新编译内核并启动，内核会等待gdb连接 三.关闭minicom 四.在主机上执行ddd debugger /opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/bin/ppc_8xx-

15、gdb gdb /opt/hardhat/devkip/lsp/embeddedpla Net-cllf-ppc_8xx/linux2.4.17_mv121/vmlinux 五.然后在ddd中输入 target remote /dev/ttyS0,1.3 内核方式驱动程序,BDI2000,一.配置内核 1.Make menuconfig 2.在Kernel Hacking部分选中CONFIG_KGDB 3.将makefile中的CFLAGS变量修改为变量修改为CFLAGS=-Wall-Wstrict-prototypes o2 g ggdb 二.配置BDI2000，ip设为192.168.1.

16、20 三.在主机上输入telnet 192.168.1.20 四.通过BDI2000下载并启动内核 BDIload Ox200000 nete860.bin BIN BDIti Ox200000 五.在主机上执行ddd debugger /opt/hardhat/devkit/ppc/8xx/bin/ppc_8xx-gdb gdb/opt/hardhat/devkip/lsp/embeddedplanet-cllf-8xx/linux2.4.17_mvl21/vmlinux 六.在ddd中输入:Target remote 192.168.1.20:2001,1.4 用户模式驱动程序,适用范围及

17、特点 I/O映射 内存映射 读写设备,1.4 用户模式驱动程序,适用范围及特点,测试新的硬件设备 测试一个新的设备是否可用 观察设备的工作情况 快速创建一个硬件应用 比如控制小马达的转动 点亮某个指示灯,范 围,特 点,优点： 1）可以连接完整的C库，编程容易 2）可以使用传统调试器，而不必调试内容 缺点： 1）不支持设备中断 2）不支持设备定时,1.4 用户模式驱动程序,I/O映射,ioperm() 为用户应用程序打开一块I/O空间 iopl() 为用户应用程序打开整个I/O地址空间 MontaVista Linux不支持,1.4 用户模式驱动程序,内存映射,通过设备/dev/mem来访问硬

18、件设备 使用mmap()函数来选择要访问的内存物理基址和块大小，它返回已经映射到物理基址的虚拟地址 void *mmap (void *start, size_t length, int prot, int flags,in fd,off_t offset) fd=open(“/dev/men”,O_WRONLY); ledptr=mmap(0,sizeof(LED_AREA),PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,LED_ADDRESS); *ledptr=value;,1.4 用户模式驱动程序,读写设备,使用函数inb(), inw(), inl() 或readb(), rea

19、dw(), readl()来读设备 使用函数outb(), outw(), outl()或writeb(), writew(),writel()来写设备 它们的头文件是,2 中断处理,基本概述 探测中断 安装中断 取消中断,2.1 基本概念,分类,硬件中断 由硬件设备产生的中断 执行相应的中断处理程序 可以产生软中断(tasklet)来实现耗时的中断处理任务，也就是下半部中断 软中断（softIRQ） 内核中共有32个softIRQ, 其中一个就是TASKLET_SOFTIRQ 在内核执行do_softirq()函数时，轮询这32个softirq，如果相应的softirq可以执行，就执行它指导

20、的函数 TASKLET_SOFTIRQ对应的函数是tasklet_action(),它会依次执行挂在TASKLET_SOFTIRQ上的tasklet,2.1 基本概念,Read执行流程,Process read(),Device Driver,Top Half (markbin),Dev_read() Initiate transfer Wait (time passes),Bottom Half/Task (resume),2.1 基本概念,中断处理程序举例,struct tasklet_struct my_tasklet; elsewhere, in some initialization

21、 section tasklet_init( /*record that an interrupt arrived*? ,2.2 探测中断,1. probe_irq_on(void),返回一个unsigned long 位掩码,2. 使设备发中断 3. probe_irq_oof(unsigned long),第一步返回的位掩码传给此函数 返回值即为探测到的中断号（如果为0或为负则没有可用中断）,探测中断例子,unsigned long mask=probe_irq_on(); outb_p(0 x10,short_base+2); /*enable reporting*/ outb_p(0

22、x00,short_base); /*clear the bit*/ outb_p(0 xFF,short_base); /*set the bit:interrupt*/ outb_p(0 x00,short_base+2); /*disable reporting*/ irq=probe_irq_off(mask);,2.2 探测中断,安装SIU中断,SIU中断向量表16个（/include/asm-asm-ppc/irq.h) 外部中断 根据硬件连线确定IRQ号码，比如是IRQ3 调用函数request_8xxirq(SIU_IRQ3, my_handler, flag, devname

23、, devpointer) 内部中断 选择一个未用的LEVEL号码，比如是LEVEL3 调用函数request_8xxirq(SIU_LEVEL3, my_handler, flag, devname, NULL),2.2 探测中断,安装SIU中断例子,#define CPM_INTERRUPTSIU_LEVEL2 (在文件irq.h中定义） cpm_interrupt_init()函数中 *（arch/ppc/8xx_io/commproc.c) /* Set our interrup handler with the core CPU. */ If (request_8xxirq(CPM_

24、interrupt, cpm_interrupt, 0,”cpm”, NULL)!=0) Panic( “could not allocate CPM IRQ!”);,2.2 探测中断,安装CPM中断,CPM中断向量表32个（/arch/ppc/8xx_io/commproc.h) 确定相应的中断向量，比如是SCC1 调用函数 cpm_install_handler(CPMVEC_SCC1, scc1_handler, devpointer),2.2 探测中断,例子,cpm_interrupt_init() 函数中 *（/arch/ppc/8xx_io/commproc.c) /* Insta

25、ll our own error handler. */ cpm_install_handler(CPMVEC_ERROR, cpm_error_interrupt, NULL);,取消中断,取消SIU中断 （do_free_irq(int irq,void* dev_id) 例：do_free_irq(SIU_IRQ3, devpointer) 取消CPM中断 cpm_free_handler(int vec) 例：cpm_free_handler(CPMVEC_ERROR),2.2 探测中断,中断处理程序任务,响应中断 查看中断状态寄存器，判断中断源 根据中断源进行相应处理,3 等待队列,

26、概述,使用时机 请求暂不可用的资源 版本相关(/linux/wait.h) 2.4版以前使用结构体 wait_queue 2.4版使用结构体 wait_queue_head_t,3 等待队列,主要函数,(/kernel/sched.c) sleep_on(wait_queue_head_t *q) interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q) (/linux/sched.h) wake_up(wait_queue_head_t *q) wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *q) (/inclued/linu

27、x/wait.h) DECLARE_wait_queue_head(name) DECLARE_waitqueue (name,tsk) add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new) remove_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *old),3 等待队列,使用实例,情景：内核中有一块内存，在写时发现满了 首先在程序开始定义全局变量 strut wait_queue_head_t wqh; /struct wait_queue_t wq; 或者使用宏 DECL

28、ARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wqh); /DECLARE_WAITQUEUE(wq,current); 在write函数中： while(is_full) interruptible_sleep_on(,3 等待队列,使用实例(续),write_to_buffer(); is_empty=0; 在read函数中： if(!is_empty) read_from_buffer(); if_full=0; wake_up_interruptible( ,4 定时处理,概述,数据结构 include/linux/timer.h struct timer_list struct timer

29、_list *next; struct timer_list *prev; unsigned long expires; unsigned long data; void(*function)(unsigned loing); ,4 定时处理,主要函数,初始化timer void init_timer(struct timer_list *timer); 添加timer void add_timer(struct timer_list *timer); 删除timer void del_timer(struct timer_list *timer);,4 定时处理,使用实例,struct ti

30、mer_list my_timer; init_timer(,4 定时处理,等待队列和定时器综合实例,init_timer_out; struct timer_list timer; void timeout_func(unsigned long who) timed_out = 1; debug(“Timing outn”) wake_up_interruptible(wait_queue_head_t*)who); int sleep_or_timerout(wait_queue_head_t*wait,int timeout) timed_out=0; timer.data=(unsig

31、ned long) wait; timer.function = timeout_func;,4 定时处理,等待队列和定时器综合实例,timer.expires= jiffies + timeout; add_timer( ,5 实例分析字符设备驱动程序,源程序:mydriver.c mydriver.h 该程序是一个典型的模块方式字符设备驱动程序 该程序包含了中断(上下半部)，时钟，等待队列 的处理例程 其特点在于用时钟中断来模拟硬件中断,5 实例分析字符设备驱动程序,函数列表,my_init_module(); mydriver_init(); my_cleanup_module(); m

32、ydriver_stop(); mydriver_open(); mydriver_release(); mydriver_timer_expiration(); mydriver_interrupt(); mydriver_task(); mydriver_read(); mydriver_write(),5 实例分析字符设备驱动程序,程序分析,my_init_module(void 调用mydriver_init() my_cleanup_module(void) 调用mydriver_stop(),注册设备 if(rc=unregister_chrdev(mydriver_major,

33、mydriver_name, ,取消设备注册 If(rc=unregister_chrdev(mydriver_major, mydriver_name),5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_open(pinode,pfile),增加打开记数 mydriver_open_count+,; 为文件的缓存区分配内存空间 mydriver_buffer= (char *) kmalloc(MYDRIVER_BUFFERSIZE,GEP_KERNEL); 初始化所分配的内存空间 memset(mydriver_buffer, 0, MYDRIVER_BUFFERSIZE); 申请中断号 #

34、ifndef MYDRIVER_SIMULATE_INTERRUPT rc=request_irq(mydriver_irq,mydriver_interrupt, SA_SHIRQ, mydriver_name, NULL); 初始化定时器 init_timer(,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_release(pinode,pfile),增加释放记数 mydriver_release_count+,; 删除定时器 if (rc=del_timer(,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_timer_expiration(mydriver_data),说明 定义MY

35、DRIVER_SIMULATE_INTERRUPT时才编译，其作用是用定时器来模拟硬件中断 增加定时器超时记数 mydriver_timer_count+; 执行中断处理函数 mydriver_interupt( MYDRIVER_IRQ,(void*) mydriver_data,(NULL);,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_interrupt(irq,dev_id,fp),增加中断记数 mydriver_interrup_count+; 设置I/O成功标志 mydriver_final_status=0; 初始化tasklet(下半部） tasklet_init(,myd

36、river_task(data),唤醒等待队列 wake_up_interruptible(,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_read(pfile,user_buf,count,poffset),增加读记数 mydriver_read_count+; 给定时器赋值，并添加定时器 mydriver_timer.function=mydriver_timer_expiration; mydriver_timer.data=0; mydriver_timer.expires=jiffies+(MYDRIVER_IO_DURATION *HZ); add_timer(,5 实例分析字符

37、设备驱动程序,mydriver_read(pfile,user_buf,count,poffset)续,处理异常情况 if (signal_pending(current) del_timer(,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_write(pfile,user_buf,count,poffset),增加写记数 mydriver_write_count+; 拷贝数据到文件缓存区 if (copy_from_user(mydriver_buffer, user_buf, count); 给定时器赋值，并添加定时器 与read中相同 睡眠在等待队列mydriver_zz上 inter

38、ruptible_sleep_on(,5 实例分析字符设备驱动程序,mydriver_write(pfile,user_buf,count,poffset)续,处理异常情况 if (signal_pending(current) del_timer(,5 实例分析字符设备驱动程序,思考,如何将此模块方式驱动程序修改为内核方式驱动程序?,6 实例分析网络设备驱动程序,源程序 enet.c commproc.h Motorola MPC8xx以太网驱动 在SCCx上实现以太网功能,6 实例分析网络设备驱动程序,函数列表,scc_enet_init(); scc_enet_open(); scc_e

39、net_start_xmit(); scc_enet_rx(); scc_enet_close(); scc_enet_interrupt(); scc_enet_get_stats(); scc_enet_timeout(): scc_enet_t,6.1 scc_enet_init(),调用路径 (/init/main.c)start_kernel()-init()-(do_basic_setup()-do_initcalls()- (/fs/partitions/check.c)_initcall(partition_setup)-partion_setup()- (/drivers/b

40、lock/genhd.c)device_init()-(/net/core/dev.c) net_dev_init()-network_probe()，使用pci_probes 初始化数组，其中包含scc_enet_init() 初始化net_device结构的各个域; dev=init_etherdev(0,0) 初始化MPC860的parameter ram; ep=(scc_enet_t *)(,6.1 scc_enet_init(),初始化MPC860的寄存器 immap=(immap_t*)(_get_IMMR(),6.1 scc_enet_init(),将函数指针赋给net_dev

41、ice结构中相应的入口 dev-open = scc_enet_open; dev-hard_star_xmit = scc_enet_start_xmit; dev-tx_timeout= scc_enet_timeout; dev-watchdog_timeo = TX_TIMEOUT; dev-stop = scc_enet_close; dev-get_stats = scc_enet_get_stats; dev-set_multicast_list = set_multicast_list;,6.2 实例分析网络设备驱动程序,scc_enet_open,更改dev-state域的指

42、示位 netif_start_queue(dev); 相当于下面的语句 clear_bit(_LINK_STATE_XOFF,scc_enet_close(dev),更改dev-state域的指示位 netif_stop_queue(dev); 相当于下面的语句 set_bit(_LINK_STATE_XOFF,6.3 scc_enet_start_xmit(skb,dev),当用户通过enet发送数据时,执行该函数 将skb中相应域的值赋给bdp(即cep-cur_tx)的相应域 包长度:bdp-cbd_datlen = skb-len; 包数据指针:bdp-cbd_vufaddr = _p

43、a(skb-data); 保存skb指针 cep-tx_skbuff cep-skb_cur = skb 增加统计域中的发送字节数 (cep-stats.tx_bytes+=skb-len;);,将cep-skb_cur域加一, 如果超过TX_RING_SIZE, 则置为0 cep-skb_cur = (cep-skb_cur+1) ,6.3 scc_enet_start_xmit(skb,dev),清理相应数据缓冲区中的内容 flush_dcache_range(unsigned long) (skb-data), (unsigned long) (skb-data+skb-len) 锁中断

44、 spin_lock_irq(,6.3 scc_enet_start_xmit(skb,dev),设定发送开始时间 dep-trans_start=jiffies; 调理BD指针:将BD的指针向下一个可用BD,并判断发送缓冲区是否满 设置cep-cur_tx指针 cep-cur_tx= (cbd_t*)bdp; 解锁中断 spin_unlock_irq(,6.4 scc_enet_rx(dev),当产生RXF中断,即收到帧后,执行 获取cep指针 cep=(struct scc_enet_private *)dev-priv; 获取bdp指针 bdp= cep-cur_rx; 检查收到的是否是完整帧 更新统计信息 为skb申请内存 skb= dev_alloc_skb(pkt_len-4); 将skb与设备相关连 skb-dev = dev;,6.4 scc_enet_rx(dev),在skb中分配pkt_len-4长度的空间 skb_put(skb,pkt_len-4); (skbuff.h中) 将数据拷贝到skb中 eht_copy_and_sum(skb,(unsigned char *)_va(bdp-cbd_bufaddr),pkt_len-