簡(jiǎn)單字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì).doc

實(shí)驗(yàn)五：簡(jiǎn)單字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：（設(shè)計(jì)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程；2. 掌握Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的基本過程和設(shè)計(jì)方法； 3. 學(xué)會(huì)編寫簡(jiǎn)單的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。二、實(shí)驗(yàn)條件 Linux操作系統(tǒng) gcc三、實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)知識(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序。驅(qū)動(dòng)程序的功能： 接收由設(shè)備獨(dú)立性軟件發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體的要求。 檢查用戶I/O請(qǐng)求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。 發(fā)出I/O命令。 及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。 對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)建通道程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程： 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 檢查I/O設(shè)備請(qǐng)求的合法性 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 傳送必要的參數(shù) 工作方式的設(shè)置 啟動(dòng)I/O設(shè)備Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的重要組成部分，它與硬件設(shè)備之間建立了標(biāo)準(zhǔn)的抽象接口。通過這個(gè)接口，用戶可以像處理普通文件一樣，對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行打開(open)、關(guān)閉(close)、讀寫(read/write)等操作。通常設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口是由結(jié)構(gòu)file_operations結(jié)構(gòu)體向系統(tǒng)說明的，它定義在include/linux/fs.h中。file_operations的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：struct file_operations struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char_user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char _user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, 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, unsigned long); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); . ; open 入口點(diǎn)：open函數(shù)負(fù)責(zé)打開設(shè)備、準(zhǔn)備I/O。任何時(shí)候?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行打開操作，都會(huì)調(diào)用設(shè)備的open入口點(diǎn)。所以，open函數(shù)必須對(duì)將要進(jìn)行的I/O操作做好必要的準(zhǔn)備工作，如清除緩沖區(qū)等。如果設(shè)備是獨(dú)占的。則open函數(shù)必須將設(shè)備標(biāo)記成忙狀態(tài)。 close入口點(diǎn)close函數(shù)負(fù)責(zé)關(guān)閉設(shè)備的操作，當(dāng)最后一次使用設(shè)備完成后，調(diào)用close函數(shù)，關(guān)閉設(shè)備文件。獨(dú)占設(shè)備必須標(biāo)記為可再次使用。close()函數(shù)作用是關(guān)閉打開的文件。 read入口點(diǎn)read函數(shù)負(fù)責(zé)從設(shè)備上讀數(shù)據(jù)和命令，有緩沖區(qū)的I/O設(shè)備操作一般是從緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)。 write入口點(diǎn)write函數(shù)負(fù)責(zé)往設(shè)備上寫數(shù)據(jù)。對(duì)于有緩沖區(qū)的I/O設(shè)備操作，一般是把數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)里。對(duì)字符設(shè)備文件進(jìn)行寫操作將調(diào)用write函數(shù)。 ioctl入口點(diǎn)ioctl函數(shù)執(zhí)行讀、寫之外的操作，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。四、實(shí)驗(yàn)步驟 (1) file_operations結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)(2) 模塊初始化、模塊卸載函數(shù)實(shí)現(xiàn)(3) 讀寫函數(shù)的實(shí)現(xiàn)(4) 測(cè)試程序編寫(5) 驅(qū)動(dòng)程序編譯和加載(6) 驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：(1) 驅(qū)動(dòng)程序工作理說明(2) 驅(qū)動(dòng)程序中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及符號(hào)說明。(3) 流程圖。(4) 源程序并附上注釋。(5) 程序運(yùn)行結(jié)果和分析。五、思考題及其它塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。附件（1）驅(qū)動(dòng)程序string.c#include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE(GPL);#define MAJOR_NUM 254 /主設(shè)備號(hào)static char str20=Hello,Wrold!; /string設(shè)備的數(shù)組static ssize_t string_read(struct file *filp, char *buf,size_t len,loff_t *loff) /讀函數(shù) /將str中的內(nèi)容從內(nèi)核空間復(fù)制到用戶空間 if (copy_to_user(buf, &str, sizeof(str) return -1; return sizeof(str);static ssize_t string_write(struct file *filp,const char *buf,size_t len,loff_t *off) /寫函數(shù) /將用戶空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核空間的str數(shù)組中 if(copy_from_user(&str,buf,sizeof(str) return -1; return sizeof(str);/初始化字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的file_operations結(jié)構(gòu)體struct file_operations string_fops= read: string_read, /將標(biāo)準(zhǔn)的讀取函數(shù)指向?qū)?yīng)于設(shè)備的具體函數(shù) write: string_write, /將標(biāo)準(zhǔn)的寫函數(shù)指向?qū)?yīng)于設(shè)備的具體函數(shù);static int _init string_init(void) int ret; /注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng) ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, string, &string_fops); if (ret) printk(string register failure); /注冊(cè)失敗 else printk(string register success); /注冊(cè)成功 return ret;static void _exit string_exit(void) int ret; /銷毀設(shè)備驅(qū)動(dòng) ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, string); if (ret) printk(string unregister failure); else printk(string unregister success); module_init(string_init);module_exit(string_exit);（2）測(cè)試程序test.c： #include #include #include #include /包括文件操作函數(shù)，如open()、close()、read()等main() int fd; char str20; /打開”/dev/string” fd = open(/dev/string, O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); /打開設(shè)備文件 if (fd != -1 ) /打開設(shè)備文件成功 read(fd, &str, sizeof(str); /初次讀str printf(The string is :%sn, str); printf(Please input the string to the sentence:n); scanf(%s, &str); write(fd, &str, sizeof(str); /寫str read(fd, &str, sizeof(str); /再次讀str printf(The string is :%sn, str); /關(guān)閉”/dev/string” close(fd); else /打開設(shè)備文件失敗 printf(Device open failuren); （3）調(diào)試說明編譯驅(qū)動(dòng)程序string.c（如圖1）： 圖1 編譯驅(qū)動(dòng)程序模塊加載（如圖2）圖2 編譯驅(qū)動(dòng)程序模塊加載如果加載成功，就會(huì)在/proc/devices中看到該設(shè)備：使用命令：cat /proc/devices查看（如圖3）圖3 查看設(shè)備可以看到多了“254 string”一行，說明設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載成功。接著創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點(diǎn)，用戶進(jìn)程就可以通過這個(gè)結(jié)點(diǎn)訪問到字符數(shù)組的虛擬設(shè)備了：創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點(diǎn)可以使用如下命令：mknod /dev/string c 254 0（如圖4）圖4 創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點(diǎn)至此設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊加載完成；為了驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)程序的正確性，下面進(jìn)行測(cè)試。首先編譯測(cè)試文件test.c，使用命令 ：gcc test.c o test.o （如圖 5）圖5 編譯測(cè)試程序編譯完成后生成一個(gè)test.o 的文件，運(yùn)行該文件：使用命令：./test.o （如圖 6）圖6 運(yùn)行測(cè)試程序可以看到初始化時(shí)str為”Hello,Wrold!”，所以讀取的字符串為Hello,Wrold!。此時(shí)按照提示輸入新數(shù)值：“