Linux 字符设备驱动模型

时间：2022-06-11 17:00:04

一。使用字符设备驱动程序

　　1. 编译/安装驱动

　　　　在Linux系统中，驱动程序通常采用内核模块的程序结构来进行编码。因此，编译/安装一个驱动程序，其实质就是编译/安装一个内核模块

　　2. 创建设备文件

　　　　通过字符设备文件，应用程序可以使用相应的字符设备驱动程序来控制字符设备。

　　　　创建字符设备文件的方法一般有两种：

　　　　1.使用mknod命令mknod/dev/文件名c 主设备号  次设备号

　　　　　　 查询设备号的命令  cat /proc/devices

　　　　2. 使用函数在驱动程序中创建（后续课程介绍）

　　编写应用程序时，使用命令 arm-linux-readelf  -d write_mem

　　3. 访问设备

　　　　编写应用程序访问设备。

　　　　编写了write_mem.c 和read_mem.c 访问文件为  /dev/memdev0  驱动为memdev

　　　　write_mem.c

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

int main()

{

    int fd = ;

    int src = ;

    fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);

    write(fd,&src,sizeof(int));

    close(fd);

    return ;    

}

　　read_mem.c

int main()

{

    int fd = ;

    int dst = ;

   fd =  open("dev/memdev0",O_RDWR);

    read(fd,&dst,sizeof(int));

    printf("dst is %d\n",dst);

}

二。 字符设备驱动模型

　　1. 设备描述结构 cdev

　　　　在任何一种驱动模型中，设备都会用内核中的一种结构来描述。

　　　　我们的字符设备在内核中使用struct  cdev来描述。

　　　　struct  cdev

　　　　{

　　　　　　　structkobjectkobj;

　　　　　　　structmodule *owner;

　　　　　　　const structfile_operations*ops;   //设备操作集

　　　　　　　structlist_headlist;

　　　　　　　dev_tdev;  //设备号

　　　　　　　unsigned intcount; //设备数

　　　　};

　　　　（1）.字符设备文件与字符驱动程序如何建立起对应关系??

　　　　　　  答案：主设备号

　　　　　　  驱动程序什么来区分串口1和串2

　　　　　　  答案：次设备号

　　　　（2）.Linux内核中使用dev_t类型来定义设备号，dev_t这种类型其实质为32位的unsigned int，

　　　　　　  其中高12位为主设备号，低20位为次设备号.

　　　　　  　问1：如果知道主设备号，次设备号，怎么组合成dev_t类型

　　　　　  　答：dev_t dev = MKDEV(主设备号，次设备号)

　　　　　  　问2: 如何从dev_t中分解出主设备号?

　　　　　  　答: 主设备号= MAJOR(dev_t dev)

　　　　  　　问3: 如何从dev_t中分解出次设备号？

　　　　  　　答: 次设备号=MINOR(dev_t dev)

　　　　（3）.如何为设备分配一个主设备号？

　　　　　　  #静态申请开发者自己选择一个数字作为主设备号，然后通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。

　　　　　　  缺点：如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。

　　　　　　  #动态分配使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。优点：因为内核知道哪些号已经被使用了，所以不会导致分配到已经被使用的号。

　　　　（4）.不论使用何种方法分配设备号，都应该在驱动退出时，使用unregister_chrdev_region函数释放这些设备号

　　　　 (5).　Struct file_operations是一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。

　　　　　　　结构中的函数指针指向驱动中的函数, 这些函数实现一个针对设备的操作, 对于不支持的操作则设置函数指针为NULL。

　　　　　　　例如：struct file_operations dev_fops =

　　　　　　　　　　{

　　　　　　　　　　　　.llseek= NULL,

　　　　　　　　　　　　.read= dev_read,

　　　　　　　　　　　　.write= dev_write,

　　　　　　　　　　　　.ioctl= dev_ioctl,

　　　　　　　　　　　　.open= dev_open,

　　　　　　　　　　　　.release= dev_release,

　　　　　　　　　　};

　　2. 字符设备驱动模型

　　　　1. 驱动初始化

　　　　　 2.1.1 分配设备描述结构

　　　　　　　　　cdev变量的定义可以采用静态和动态两种办法

　　　　　　　　　•静态分配struct cdev mdev;

　　　　　　　　　•动态分配struct cdev *pdev = cdev_alloc();

　　　　　 2.1.2 初始化设备描述结构

　　　　　　　　　struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。

　　　　　　　　　cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

　　　　　　　　　参数：cdev: 待初始化的cdev结构

　　　　　　　　　　　　fops: 设备对应的操作函数集

　　　　　 2.1.3 注册设备描述结构

　　　　　　　　　字符设备的注册使用cdev_add函数来完成。

　　　　　　　　　cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

　　　　　　　　　参数：p: 待添加到内核的字符设备结构

　　　　　　　　　　　　dev: 设备号

　　　　　　　　　　　　count: 该类设备的设备个数

　　　　　 2.1.4 硬件初始化

　　　　2. 实现设备操作

　　　　　　1. open

　　　　　　　　int (*open) (struct inode *, struct file *)打开设备，响应open系统

　　　　　　　　open设备方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的。

　　　　　　　　在大部分驱动程序中，open完成如下工作：

　　　　　　　　#标明次设备号

　　　　　　　　#启动设备

　　　　　　2. read

　　　　　　　　ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *)从设备读取数据，响应read系统调用

　　　　　　　　read设备方法通常完成2件事情：

　　　　　　　　#从设备中读取数据(属于硬件访问类操作)

　　　　　　　　#将读取到的数据返回给应用程序

　　　　　　　　ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)

　　　　　　　　参数分析：filp：与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建.

　　　　　　　　　　　　　buff : 从设备读取到的数据，需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。

　　　　　　　　　　　　　count: 请求传输的数据量，由read系统调用提供该参数。

　　　　　　　　　　　　　offp: 文件的读写位置，由内核从file结构中取出后，传递进来。

　　　　　　3. write

　　　　　　　　ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)向设备写入数据，响应write系统调用

　　　　　　　　write设备方法通常完成2件事情：

　　　　　　　　#从应用程序提供的地址中取出数据

　　　　　　　　#将数据写入设备(属于硬件访问类操作)

　　　　　　4. lseek

　　　　　　　　loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int)重定位读写指针，响应lseek系统调用

　　　　　　5. close

　　　　　　　　int (*release) (struct inode *, struct file *);关闭设备，响应close系统调用

　　　　　　　　release方法的作用正好与open相反。

　　　　　　　　这个设备方法有时也称为close，它应该：

　　　　　　　　#关闭设备

　　　　3. 驱动注销

　　　　　　当我们从内核中卸载驱动程序的时候，需要使用cdev_del函数来完成字符设备的注销。

　　3. 范例驱动分析

　　　　

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