Linux下的C编程实战之5

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1.引言

　　设备驱动程序操作系统内核和机器硬件之间接口它为应用程序屏蔽硬件细节一般来说Linux设备驱动程序需要完成如下功能：

　　（1）初始化设备；

　　（2）提供各类设备服务；

　　（3）负责内核和设备之间数据交换；

　　（4）检测和处理设备工作过程中出现错误

　　妙不可言Linux下设备驱动程序被组织为一组完成不同任务函数集合通过这些函数使得Windows设备操作犹如文件一般在应用程序看来硬件设备只一个设备文件应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作本系列文章第2章文件系统编程中已经看到这些函数真面目它们就open ()、close ()、read ()、write () 等

　　Linux主要将设备分为二类：字符设备和块设备（当然网络设备及USB等其它设备驱动编写方法又稍有不同）这两类设备不同点在于：在对字符设备发出读/写请求时实际硬件I/O一般就紧接着发生而块设备则不然它利用一块系统内存作缓冲区当用户进程对设备请求能满足用户要求就返回请求数据如果不能就调用请求函数来进行实际I/O操作块设备主要针对磁盘等慢速设备以字符设备驱动较为简单因此本章主要阐述字符设备驱动编写 大学城uniuc.com

　　2.驱动模块函数

　　init 函数用来完成对所控设备初始化工作并调用register_chrdev() 函数注册字符设备假设有一字符设备“exampledev”则其init 函数为：

void exampledev_init(void) { 　if (register_chrdev(MAJOR_NUM, " exampledev ", &exampledev_fops)) 　　TRACE_TXT("Device exampledev driver registered error"); 　else 　　TRACE_TXT("Device exampledev driver registered successfully"); 　　…//设备初始化 }

　　其中register_chrdev函数中参数MAJOR_NUM为主设备号,“exampledev”为设备名exampledev_fops为包含基本函数入口点结构体类型为file_operations当执行exampledev_init时它将调用内核函数register_chrdev把驱动程序基本入口点指针存放在内核字符设备地址表中在用户进程对该设备执行系统调用时提供入口地址

　　file_operations结构体定义为：

struct file_operations { 　int (*lseek)(); 　int (*read)(); 　int (*write)(); 　int (*readdir)(); 　int (*select)(); 　int (*ioctl)(); 　int (*mmap)(); 　int (*open)(); 　void(*release)(); 　int (*fsync)(); 　int (*fasync)(); 　int (*check_media_change)(); 　void(*revalidate)(); };

　　大多数驱动程序只利用其中一部分对于驱动程序中无需提供功能只需要把相应位置值设为NULL对于字符设备来说要提供主要入口有：open ()、release ()、read ()、write ()、ioctl ()

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　　open()函数　对设备特殊文件进行open()系统调用时将调用驱动程序open () 函数：

int open(struct inode * inode ,struct file * file);

　　其中参数inode为设备特殊文件inode (索引结点) 结构指针参数file指向这一设备文件结构指针open()主要任务确定硬件处在就绪状态、验证次设备号合法性(次设备号可以用MINOR(inode-> i - rdev) 取得)、控制使用设备进程数、根据执行情况返回状态码(0表示成功负数表示存在错误) 等；

　　release()函数　当最后一个打开设备用户进程执行close ()系统调用时内核将调用驱动程序release () 函数：

void release (struct inode * inode ,struct file * file) ;

　　release 函数主要任务清理未结束输入/输出操作、释放资源、用户自定义排他标志复位等
read()函数　当对设备特殊文件进行read() 系统调用时将调用驱动程序read() 函数：

void read(struct inode * inode ,struct file * file ,char * buf ,int count) ;

　　参数buf指向用户空间缓冲区指针由用户进程给出count 为用户进程要求读取字节数也由用户给出

　　read() 函数功能就从硬设备或内核内存中读取或复制count个字节到buf 指定缓冲区中在复制数据时要注意驱动程序运行在内核中而buf指定缓冲区在用户内存区中不能直接在内核中访问使用因此必须使用特殊复制函数来完成复制工作这些函数在<asm/ segment.h>中定义：

void put_user_byte (char data_byte ,char * u_addr) ; void put_user_word (short data_word ,short * u_addr) ; void put_user_long(long data_long ,long * u_addr) ; void memcpy_tofs (void * u_addr ,void * k_addr ,unsigned long cnt) ;

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　　参数u_addr为用户空间地址k_addr 为内核空间地址cnt为字节数

　　write( ) 函数　当设备特殊文件进行write () 系统调用时将调用驱动程序write () 函数：

void write (struct inode * inode ,struct file * file ,char * buf ,int count) ;

　　write ()功能将参数buf 指定缓冲区中count 个字节内容复制到硬件或内核内存中和read() 一样复制工作也需要由特殊函数来完成：

unsigned char_get_user_byte (char * u_addr) ; unsigned char_get_user_word (short * u_addr) ; unsigned char_get_user_long(long * u_addr) ; 大学城uniuc.com unsigned memcpy_fromfs(void * k_addr ,void * u_addr ,unsigned long cnt) ;

　　ioctl() 函数　该函数特殊控制函数可以通过它向设备传递控制信息或从设备取得状态信息函数原型为：

int ioctl (struct inode * inode ,struct file * file ,unsigned int cmd ,unsigned long arg);

　　参数cmd为设备驱动程序要执行命令代码由用户自定义参数arg 为相应命令提供参数类型可以整型、指针等

　　同样在驱动程序中这些函数定义也必须符合命名规则按照本文约定设备“exampledev”驱动程序这些函数应分别命名为exampledev_open、exampledev_ release、exampledev_read、exampledev_write、exampledev_ioctl因此设备“exampledev”基本入口点结构变量exampledev_fops 赋值如下：

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struct file_operations exampledev_fops { 　NULL , 　exampledev_read , 　exampledev_write , 　NULL , 　NULL , 　exampledev_ioctl , 　NULL , 　exampledev_open , 　exampledev_release , 　NULL , 　NULL , 　NULL , 　NULL } ;