Linux驱动编程 step-by-step （五）

时间：2022-02-23 08:10:23

主要的文件操作方法实现

文件操作函数有很多的操作接口，驱动编程需要实现这些接口，在用户编程时候系统调用时候会调用到这些操作
 
struct file_operations {	...
	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 *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	...
};

以上只列出了主要的操作，下面会依次介绍:
本次的测试代码上传在：char_step2


结构体：

首先 我们会模拟写一个不操作任何设备，而仅仅是存储的一个驱动。
定义自己的一个结构体为：
 
struct simple_dev{	char data[MAX_SIMPLE_LEN];
	loff_t count;
	struct semaphore semp;
};
data 保存数据， count表示文件的数据有效的位置， semp是一个信号量锁，在以后的编程中使用，
之后的程序中结构体也会做相应的变化，以适应linux编写驱动的习惯

open方法：

打开设备并进一步初始化工作，在没有定义open方法时内核以一种默认的方式打开设备，保证每次都能正确打开。
open方法中有有struct inode参数，包含了设备号，程序中可以使用次设备号得到正操作的设备
在struct file中主要的操作是private_data指针，他可以传递任何自己创建的结构。
总得说来open方法的作用有3
1、获得操作的设备（通过设备号）
2、进一步的初始化设备
3、初始化file结构体的private_data

static int simple_open(struct inode *inodp, struct file *filp)
{
	struct simple_dev *temp_dev = NULL;
	int minor = 0;
#if SIMPLE_DEBUG
	printk(KERN_INFO "In %s \n", __func__);
#endif
	minor = iminor(inodp);//获得操作的设备的次设备号
	if(minor > DEV_COUNT-1){
		printk(KERN_ERR "the char dev in invalid \n");
		return -ENODEV;
	}
#if SIMPLE_DEBUG
	printk(KERN_INFO "the minor is  %d \n", minor);
#endif

	temp_dev = &char2_dev[minor];//获得真正操作的设备
	/* 进一步 初始化设备 因为是操作一个模拟的设备 故省去*/
	filp->private_data = temp_dev; //初始化 private_data

	return 0;
}

release方法：

主要是对open进一步初始化的操作的反操作
比如open时候分配了内存，在release时就需要释放它等
例子中因为操作内存设备，故在release时无需做什么事

read方法：

read 是把设备中的数据传递给调用者
主要步骤
1、检测偏移量有效（有些设备驱动不需要检测）
2、检测用户空间地址有效
3、将数据传给用户（在此步骤中调用的函数可能会自己检测步骤2）
4、调整偏移量
5、返回读到的数据长度
（read write 用法相对灵活，不要依赖上边的步骤,设备驱动程序要根据设备特性去设计此方法）
这里先介绍一个会检测用户空间地址是否有效的copy函数
用户调用read读设备，而在内核空间就是将数据传给用户，是一个to的操作

unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
__must_check表述必须检测其返回值，操作成功返回0，不成功返回负的错误码
to是用户空间指针 也就是read函数传入的用户空间的指针，
from指向设备要传送的数据

n标识传入长度
Linux驱动编程 step-by-step （五）
上图是 摘自LDD3上的经典视图， 应该比较能说明read的方法

static ssize_t simple_read(struct file *filp, char __user *userstr, size_t count, loff_t *loff)
{

	struct simple_dev *dev = NULL;
	int data_remain = 0;
	int err;
#if SIMPLE_DEBUG
	printk(KERN_INFO "In %s \n", __func__);
#endif

	dev			= filp->private_data;
	data_remain = dev->count - *loff;
	if(MAX_SIMPLE_LEN < *loff)//检测偏移量
	{
		printk(KERN_ERR "the offset is illegal in func %s \n",__func__ );
		return -EINVAL;
	}
	else if(data_remain <= 0)
	{
		printk(KERN_WARNING "there was not much data in the device\n");
		return 0;
	}
	else
	{
		if(count > data_remain)
		{
#if SIMPLE_DEBUG
			printk(KERN_INFO "the data is less than the user want to read\n");
#endif
			count = data_remain;
		}
		else
		{

		}
	}
	err = copy_to_user(userstr, (dev->data)+(*loff), count); //调用内核函数进行数据拷贝，它会检测用户地址是否有效
	if(err != 0)
	{
		printk(KERN_ERR "an error occured when copy data to user\n");
		return err;
	}
	else
	{

#if SIMPLE_DEBUG
		printk(KERN_INFO "data copy to user OK\n");
#endif
		*loff = *loff + count; //调整偏移量
		return count; //返回写入的数据量
	}
}

write方法：

与read类似 它是从用户传数据给设备驱动
从内核空间看就是一个从用户空间取数据 是一个from操作

long __must_check strncpy_from_user(char *dst, const char __user *src, long count)
dst 驱动保存数据的地址
src 用户空间传入的数据
count 标识数据长度
 
static ssize_t simple_write(struct file *filp, const char __user *userstr, size_t count, loff_t *loff){
	struct simple_dev *dev = NULL;
	int err;
	int remain_space = 0;
#if SIMPLE_DEBUG
	printk(KERN_INFO "In %s\n",__func__);
#endif

	dev			 = filp->private_data;
	if(MAX_SIMPLE_LEN <= *loff) //检测偏移量
	{
		printk(KERN_ERR "the offset is illegal in func %s\n", __func__);
		return -EINVAL;
	}
	else
	{
		remain_space = MAX_SIMPLE_LEN - *loff;
		if(count > remain_space)
		{
#if SIMPLE_DEBUG
			printk(KERN_WARNING "the data is to long to write to the device\n");
#endif
			count = remain_space;
		}
		else
		{

		}
	}
	err = copy_from_user((dev->data)+(*loff),userstr,count);//取得数据
	if(err != 0)
	{
		printk(KERN_ERR "an error occured when copy data from user\n");
		return err;
	}
	else
	{

#if SIMPLE_DEBUG
		printk(KERN_INFO "data copy from user OK\n");
#endif
		*loff = *loff + count; //跳着偏移
		if(*loff > dev->count)
		{
			dev->count = *loff;
		}
		else
		{

		}
		return count; //返回写入的数据量
	}
}

lseek方法：

根据用户传入的参数调整文件偏移
mode

SEEK_SET 从文件起始处开始偏移
SEEK_CUR 从文件当前位置计算偏移
SEEK_END 从文件末尾计算偏移
file结构的f_pos保存了文件的偏移量
在调整文件偏移后需要 更新file中得f_pos成员 
static loff_t simple_llseek(struct file *filp, loff_t loff, int mode){
	struct simple_dev *dev = NULL;
	loff_t tmp_len;
#if SIMPLE_DEBUG
	printk(KERN_INFO "In %s\n",__func__);
#endif

	dev			 = filp->private_data;

	switch ( mode )
	{
		case SEEK_SET:
			if( loff < 0 )
			{
				printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else if(loff > dev->count)
			{
				printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else
			{
				filp->f_pos = loff;
			}
			break;
		case SEEK_CUR:
			if((tmp_len = filp->f_pos+loff) < 0)
			{
				printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else if(tmp_len > dev->count)
			{
				printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else
			{
				filp->f_pos = tmp_len;
			}
			break;
		case SEEK_END:
			if((tmp_len = dev->count+loff ) < 0)
			{
				printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else if(tmp_len > dev->count)
			{
				printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);
				return -1;
			}
			else
			{
				filp->f_pos = tmp_len;
			}
			break;
		default :
			printk(KERN_INFO "illigal lseek mode! \n");
			return -1;
			break;
	}
	return filp->f_pos;
}

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