嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)2

1、1.字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫流程8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程1按模塊化設(shè)計(jì)，一個(gè)典型的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)包含哪幾部分？在Linux操作系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)？設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常包含中斷處理程序和設(shè)備服務(wù)子程序兩部分。一個(gè)典型的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)包含以下幾部分代碼：設(shè)備服務(wù)子程序（驅(qū)動(dòng)程序模塊的注冊(cè)與注銷函數(shù)、設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀、寫及需要的其他操作函數(shù)）設(shè)備的中斷服務(wù)程序。在Linux操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，必須按照如下步驟進(jìn)行：設(shè)備或模塊的初始化；實(shí)現(xiàn)該文件操作接口；注冊(cè)設(shè)備中斷；編寫中斷服務(wù)程序；文件讀寫操作。22.重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)程序中最重要的三個(gè)結(jié)構(gòu)：inode 文

2、件file 文件描述符 I/O操作函數(shù)8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程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;/*標(biāo)識(shí)文件是否可讀或可寫，F(xiàn)MODE_READ或FMODE_WRITE*/dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty */off_t f_pos;

5、 /* 當(dāng)前文件位移 */unsigned short f_flags; /* 文件標(biāo)志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */unsigned short f_count; /* 打開的文件數(shù)目 */unsigned short f_reada;struct inode *f_inode; /*指向inode的結(jié)構(gòu)指針 */struct *f_op;/* 文件索引指針 */;struct file 5struct inodedev_t i_rdev，表示設(shè)備文件對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)。structcdev *i_cdev，成員指向cdev設(shè)備。除了從dev_t得到主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備

6、號(hào)外，這里還可以使用imajor()和iminor()函數(shù)從i_rdev中得到主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)。imajor()函數(shù)在內(nèi)部調(diào)用MAJOR宏，如下代碼所示。staticinlineunsignedimajor(conststructinode*inode) returnMAJOR(inode-i_rdev);/*從inode-i_rdev中提取主設(shè)備號(hào)*/ 同樣，iminor()函數(shù)在內(nèi)部調(diào)用MINOR宏，如下代碼所示。staticinlineunsignediminor(conststructinode*inode) returnMINOR(inode-i_rdev);/*從inode-i_

7、rdev中提取次設(shè)備號(hào)*/ 68.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成1.早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)register_chrdev() 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程78.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成1.早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)u(píng)nregister_chrdev() 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程88.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成2.設(shè)備號(hào)相關(guān)函數(shù)獲取設(shè)備號(hào)MAJOR(dev_t dev); /*獲得主設(shè)備號(hào)*/MINOR(dev_t dev); /*獲得次設(shè)備號(hào)*/MKDEV(int major, int minor);設(shè)備注冊(cè)于注銷8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程98.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成2.設(shè)備號(hào)相關(guān)函數(shù)獲取設(shè)備號(hào)MAJ

8、OR(dev_t dev); /*獲得主設(shè)備號(hào)*/MINOR(dev_t dev); /*獲得次設(shè)備號(hào)*/MKDEV(int major, int minor);設(shè)備注冊(cè)于注銷8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程108.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成3.新版本設(shè)備注冊(cè)8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程11舉例structtest_fops=read:read_test,write:write_test,open:open_test,release:release_test,;unsignedinttest_major=254;/設(shè)備號(hào)intresult;result=register_chrdev(test_major

9、,test,&test_fops);if(resultprivate_data的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。檢查設(shè)備特定的錯(cuò)誤（諸如設(shè)備未就緒或類似的硬件問題）。8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程138.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成5.釋放設(shè)備int (*release) (struct inode *, struct file *); 釋放設(shè)備的主要操作：釋放打開設(shè)備時(shí)系統(tǒng)所分配的內(nèi)存空間（包括filp-private_data指向的內(nèi)存空間）。在最后一次關(guān)閉設(shè)備（使用close()系統(tǒng)調(diào)用）時(shí)，才會(huì)真正釋放設(shè)備（執(zhí)行release()函數(shù)）。即在打開計(jì)數(shù)等于0時(shí)的close()系統(tǒng)調(diào)用才會(huì)真正進(jìn)行設(shè)備的釋放操作。8.2

10、 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程14模塊計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)Linux 2.4內(nèi)核MOD_INC_USE_COUNTMOD_DEC_USE_COUNTLinux 2.6內(nèi)核try_module_get(&module)int try_module_get(struct module *module);該函數(shù)用于增加模塊使用計(jì)數(shù)；若返回為0，表示調(diào)用失敗，希望使用的模塊沒有被加載或正在被卸載中。module_put (&module)void module_put(struct module *module);該函數(shù)用于減少模塊使用計(jì)數(shù)。15舉例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舉例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、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成6.讀寫設(shè)備 read()和write()函數(shù) 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程188.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成6.讀寫設(shè)備 copy_to_user()和copy_from_user() 8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程19舉例char*str_test;/存放內(nèi)存空間的指針unsignedintcount_driver;/當(dāng)前內(nèi)存中擁有的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)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設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成7.ioctl 大部分設(shè)備除了讀寫操作，還需要硬件配置和控制（例如，設(shè)置串口設(shè)備的

14、波特率）等很多其他操作。在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)中ioctl函數(shù)接口給用戶提供對(duì)設(shè)備的非讀寫操作機(jī)制。8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程228.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成8.獲取內(nèi)存kmalloc()/kfree()kmalloc語法格式：8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程238.2.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要組成if(str_test=(char*)kmalloc(256,GFP_KERNEL)=NULL)/申請(qǐng)256字節(jié)的內(nèi)存空間printk(kmallocerrorn);return-1;8.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程241.什么是GPIO接口？其主要作用？ GPIO接口就是通用輸入輸出（General Purpose Input

15、/Output） 主要作用是傳送需并行交互的信息，或者是開關(guān)量信號(hào)。 2.內(nèi)核模塊的編程和普通應(yīng)用程序的編程有哪些區(qū)別？ 主要區(qū)別為：（1）因?yàn)閮?nèi)核模塊運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，所以包含的頭文件是內(nèi)核程序相關(guān)的頭文件，而普通程序則包含的是glibc的頭文件（2）模塊程序沒有main函數(shù)，而是通過init_module函數(shù)在加載后初始化。（3）模塊程序內(nèi)可直接調(diào)用內(nèi)核函數(shù)，而普通程序則只能通過系統(tǒng)調(diào)用使用內(nèi)核函數(shù)。（4）普通用戶程序可運(yùn)行多次，而內(nèi)核函數(shù)通常則只能加載1次。253.Linux中的設(shè)備可以分為哪幾類，各有何特點(diǎn)？ Linux中的設(shè)備可以分為三類：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。各自的特點(diǎn)是：字符設(shè)

16、備是指數(shù)據(jù)處理以字節(jié)為單位按順序進(jìn)行的設(shè)備，它沒有緩沖區(qū)，不支持隨機(jī)讀寫。在對(duì)字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請(qǐng)求時(shí)，實(shí)際的硬件I/O一般就緊接著發(fā)生了。塊設(shè)備是指那些在輸入/輸出時(shí)數(shù)據(jù)處理以塊為單位的設(shè)備，它一般都采用了緩存技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的隨機(jī)讀寫。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備面向的上一層不是文件系統(tǒng)層而是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層，設(shè)備節(jié)點(diǎn)只有在系統(tǒng)正確初始化網(wǎng)絡(luò)控制器之后才能建立。內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序間的通信，與字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與內(nèi)核間的通信也是完全不一樣的。在Linux中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)程序的框架可分為四層，從上到下分別為協(xié)議接口層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層、提供實(shí)際功能的設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層、以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)媒介層。26驅(qū)動(dòng)模

17、塊編寫測(cè)試步驟編寫模塊代碼編譯代碼 gcc 加載模塊insmod 查看設(shè)備號(hào)/proc/device映射為設(shè)備文件 mknod /dev/fs c 254 0編寫測(cè)試代碼生成可執(zhí)行測(cè)試文件運(yùn)行測(cè)試27#include#include#include#include#include#include#include#include#includeMODULE_LICENSE(GPL);unsignedinttest_major=254;/設(shè)備號(hào)char*str_test;/存放內(nèi)存空間的指針unsignedintcount_driver;/當(dāng)前內(nèi)存中擁有的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)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模塊初始化函數(shù)為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)/申請(qǐng)256字節(jié)的內(nèi)存空間printk(kmallocerrorn);return-1;Elseprintk(kamllocsuccess!n);count_driver=0;return0; 29open和close的實(shí)現(xiàn), 只是一個(gè)計(jì)數(shù)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函數(shù)的實(shí)現(xiàn)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表示字符設(shè)備，254為主設(shè)備號(hào)，0為次設(shè)備號(hào)。33Test_w.c#include#include#include#includeint main(void)int i;in