(完整word版)簡單字符設備驅動程序的設計(word文檔良心出品)

1、7實驗五：簡單字符設備驅動程序的設計實驗學時： 4實驗類型：（設計）、實驗目的1. 理解設備驅動程序的處理過程；2. 掌握 Linux 設備驅動程序開發(fā)的基本過程和設計方法；3. 學會編寫簡單的字符設備驅動程序。、實驗條件Linux 操作系統(tǒng) gcc三、實驗原理及相關知識設備驅動程序是 I/O 進程與設備控制器之間的通信程序。 驅動程序的功能： 接收由設備獨立性軟件發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉換為 具體的要求。 檢查用戶 I/O 請求的合法性，了解 I/O 設備的狀態(tài)，傳遞有關參數(shù)，設置設 備的工作方式。 發(fā)出 I/O 命令。 及時響應由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其中斷類型

2、調用相應的 中斷處理程序進行處理。 對于設置有通道的計算機系統(tǒng)， 驅動程序還應能夠根據(jù)用戶的 I/O 請求，自 動地構建通道程序。將抽象要求轉換為具體要求 檢查 I/O 設備請求的合法性 讀出和檢查設備的狀態(tài) 傳送必要的參數(shù) 工作方式的設置 啟動 I/O 設備設備驅動程序的處理過程：Linux 系統(tǒng)中，設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核的重要組成部分，它與硬件設備 之間建立了標準的抽象接口。通過這個接口，用戶可以像處理普通文件一樣，對硬 件設備進行打開（open）、關閉（close）讀寫（read/write）等操作。通常設備驅動程序接口是由結構 file_operations 結構體向系統(tǒng)說明的，

3、它定義在 include/linux/fs.h 中。 file_operations 的數(shù)據(jù)結構如下： 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) (str

4、uct 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

5、*, 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_ow

6、ner_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：open函數(shù)負責打開設備、準備I/O。任何時候對設備文件進行打開操作，都會 調用設備的 open 入口點。所以， open 函數(shù)必須對將要進行的 I/O 操作做好必要的

7、準備工作，如清除緩沖區(qū)等。如果設備是獨占的。則 open 函數(shù)必須將設備標記成 忙狀態(tài)。 close 入口點close函數(shù)負責關閉設備的操作，當最后一次使用設備完成后，調用close函數(shù), 關閉設備文件。獨占設備必須標記為可再次使用。close()函數(shù)作用是關閉打開的文件。read入口點read函數(shù)負責從設備上讀數(shù)據(jù)和命令，有緩沖區(qū)的I/O設備操作一般是從緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)。 write 入口點write 函數(shù)負責往設備上寫數(shù)據(jù)。對于有緩沖區(qū)的 I/O 設備操作，一般是把數(shù)據(jù) 寫入緩沖區(qū)里。對字符設備文件進行寫操作將調用 write 函數(shù)。 ioctl 入口點ioctl 函數(shù)執(zhí)行讀、寫之外的操作，

8、主要實現(xiàn)對設備的控制。 四、實驗步驟(1)(2)(3)(4)(5)(6)file_operations 結構體設計 模塊初始化、模塊卸載函數(shù)實現(xiàn) 讀寫函數(shù)的實現(xiàn) 測試程序編寫 驅動程序編譯和加載 驅動程序測試實驗報告要求：驅動程序工作理說明 驅動程序中使用的數(shù)據(jù)結構及符號說明。 流程圖。源程序并附上注釋。程序運行結果和分析。(1)(2)(3)(4)(5)五、思考題及其它塊設備驅動程序的設計。附件1)驅動程序 string.c#include <linux/module.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>

9、;#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <asm/uaccess.h> MODULE_LICENSE("GPL");#define MAJOR_NUM 254/主設備號static char str20="Hello,Wrold!" /"string" 設備的數(shù)組static ssize_t string_read(struct file *filp, char *buf,size_t len,loff_t *loff)

10、/將 str 中的內容從內核空間復制到用戶空間if (copy_to_user(buf, &str, sizeof(str)/讀函數(shù)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)復制到內核空間的str 數(shù)組中if(copy_from_user(&str,buf,sizeof(str)return -1;return sizeof(str);/ 初始化字符設備驅動的 fil

11、e_operations 結構體struct file_operations string_fops=read: string_read, / 將標準的讀取函數(shù)指向對應于設備的具體函數(shù) write: string_write, / 將標準的寫函數(shù)指向對應于設備的具體函數(shù) ;static int _init string_init(void)int ret;/注冊設備驅動ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, "string", &string_fops); if (ret) printk("string register fail

12、ure"); else printk("string register success"); return ret;/注冊失敗/注冊成功static void _exit string_exit(void)int ret;/銷毀設備驅動ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, "string"); if (ret) printk("string unregister failure");elseprintk("string unregister success"); modul

13、e_init(string_init); module_exit(string_exit);(2)測試程序test.c：#in clude <sys/t yp es.h>#in clude <sys/stat.h>#i nclude <stdio.h>#include <fcntl.h> / 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/stri ng", O_RDWR, S_IRUSR |

14、S_IWUSR); /打開設備文件if (fd != -1 )/打開設備文件成功read(fd, &str, sizeof(str); /初次讀 str prin tf("The stri ng is :%sn", str);printfC'P lease input the stri ng to the senten ce:n"); scan f("%s", &str);/ 寫 str/再次讀strwrite(fd, &str, sizeof(str); read(fd, &str, sizeof(st

15、r);prin tf("The string is :%sn", str);關閉 ”dev/string ” close(fd);/打開設備文件失敗 else prin tf("Device open failuren");(3)調試說明編譯驅動程序string.c (如圖1):n|X丈件迥終耶（:DroullocaIhuHl root# cd osL ruu tlocaIhus t os# Ischa r,c" sr i ng c t esI,r t cs T.c'I TOOlloca I huti I os # gcc n I r

16、i ng.c -o s t r i .u SI r i ng. c ： f)T 2fi ： asriV u accesi Ji .b 用右'那個丈件或 H 采 sIring”c：14： wy rn ing： 'h l ruct file' dec Iared s I r i ng. c ： 14 r wiirning： i I a sco p亡 i s only Thisp robab I > nu I l you 'A-an lsir i ng.c：2S: sIring.c；32: s I r i ng.c：34 r s I r i ng.c：34 r

17、s I r i ng * c：34 J s I r i ng.c：: s I ring + c； s I r i ng + c：35: SI ring + c；32:inside pa ranrler Ii sIde f in iIi un c r dec I a ruii un . wh i ch i sinside pa runr ter Ii sI variable h I ring_fopy ' has ini I i al i ler hul incorrpl el e type unknown field read' Hpecified in initialiser

18、 wiirnin 昔：ex cess e I enrn t s in s rue t wiirnin 莒：(nf y r i n i i zi 1 i za t iunor unknown field write' si卩ec i f i ed i n wiirning： excess elements in s I ruct warning： (near i n i i a 1 i za t iunorwy rn ing： h I met file' dec Iaredin iIi ai zer s t r i n_ops ') in i1i ai zer initi

19、alizer s t r i ng_ fops ')ruollocaIhuH t e/ -GroollocalhuH t us#Htora百亡 s i ze of sting_fops' isn't knownos# Kc-c -D_KERbh：L_ - nMJUL E-| Zu s r/h r c/I i nux-2.4.20-S/i nc 1 nd -c (itrin.c圖1編譯驅動程序至此設備驅動模塊加載完成；為了驗證驅動程序的正確性，下面進行測試。首先編譯測試文件test.c,使用命令 ：gcc test.c -o test.o （如圖5）模塊加載（如圖2）os

20、 # insntid £ r j n窩.心 os#Vroc llot;a hos Iroc tlot;a hoi I圖2編譯驅動程序模塊加載就會在 /proc/devices中看到該設備:如果加載成功，使用命令：cat /proc/devices查看（如圖 3）Vi沖四族軸® 生石墮垮輅_D 轉釘© 刑期® pT mPTspx叭pTJ；ruQLii'kxLjJtiuat /ua-in）»135I郭137.i»I：知140141142143Ifi21802S4Iramli sk2fd3i dertgml12untiurru J（

21、4untiiim? J22idcl3Sunrm ITU J39untianmJock dev 3 CCS:rawu sbstring圖3查看設備可以看到多了“ 254 string” 一行，說明設備驅動模塊加載成功。接著創(chuàng)建設備結點，用戶進程就可以通過這個結點訪問到字符數(shù)組的虛擬設備了:創(chuàng)建設備結點可以使用如下命令：mknod /dev/string c 254 0 （如圖4）yV文卄rp 褊鼎CL?和巴 輝ffi 轉到世？ruo l:loca I has I os # nknud /dev/ s t r i ng c 2&A 0 roo l:loca I Ims L os # I圖4

22、創(chuàng)建設備結點13皇件逍詢巴rootlQcyhost os#rootlu£ihost Obi#root® xd h"t osl#繹辭 轉刮:fFilftcH）irknod /tlcv? s I r inf； c 254 0 gee tost.c -0 Iti t.0圖5編譯測試程序編譯完成后生成一個使用命令：./test.o財I迥黑軸旦 1S桿坐I roooca I hos roo【1 oca I hasroo tl oca I ho stos # os# od#test.o的文件，運行該文件: （如圖6）燼爲CD轉刮匹L；，祈助（11rrkntjd /dev /s

23、 r i ni c 254 fl yC PS . D -0 DS .0./t ca t . 0 k'The s r i ng i s ； He I It）, Wo I d!PI ease input he kr i a he s cncncct圖6運行測試程序可以看到初始化時 str為"Hello,Wrold! ”所以讀取的字符串為 Hello,Wrold!。此時按照提示 輸入新數(shù)值：“ First，test! ”情況如下：（如圖7）roti誕kfciillTiObC 加！i終話（！ 轉別r© 帝肋IK）nknod /dev/yring c 254 0I Ci I.

24、c =0 1 cs I .o./ I es I .o宜杵墮）精軻血 在削巴 roo lloc ii I has I os # roo Lloca I L Oi # roollocaIhusI os#The sir i 牝 is ： JIc I Io, Wu J! 卩©占:ic inpuE Lhe string ic ibc geniencc： Fi rsI,IenHThe string i s :F i rs t.cs l EIrootlocaIhusl os# |圖7運行測試程序可以看到用戶輸入字符串到設備后，程序可以讀取到該字符串，說明驅動程序編寫成功。 當不需要該設備驅動程序時

25、可以卸載該驅動，使用命令為：rmmod string （如圖8）丈申巴 編耕® SrfilV) 終堿口 始那應 /肋也】 rec tloca ho!< t root# rd fisroe tl >ca ho!i t O!i # i nsrrt J ftrin 呂.flreel tloca 1 ho!i t os # ./lcst*oThe siring i s ： He I I a , W-fl J d!J ease i npu ( (he Ktrin 呂 iCi I he Mnlcncc: qwedThe Siring is : qv/odraa tloca 1 hos t os # rnmiiJ siringrco iloca hos t o叮# I圖8卸載驅動此時驅動程序已被卸載，若再