深入浅出Linux设备驱动之字符设备驱动Word下载.docx
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10}else{
11//动态
12alloc_chardev_region(&
dev_id,0,1,"
13major=MAJOR(dev_id);
14}
15/*……*/
从上面的代码可以看出,申请设备号有动静之分,其实设备号还有主次之分。
在Linux中以主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序。
次编号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备。
cdev结构体的dev_t成员定义了设备号,为32位,其中高12位为主设备号,低20位为次设备号。
设备号的获得与生成:
获得:
主设备号:
MAJOR(dev_tdev);
次设备号:
MINOR(dev_tdev);
生成:
MKDEV(intmajor,intminor);
设备号申请的动静之分:
静态:
1
2
1intregister_chrdev_region(dev_tfrom,unsignedcount,constchar*name);
2/*功能:
申请使用从from开始的count个设备号(主设备号不变,次设备号增加)*/
静态申请相对较简单,但是一旦驱动被广泛使用,这个随机选定的主设备号可能会导致设备号冲突,而使驱动程序无法注册。
动态:
1intalloc_chrdev_region(dev_t*dev,unsignedbaseminor,unsignedcount,constchar*name);
请求内核动态分配count个设备号,且次设备号从baseminor开始。
*/
动态申请简单,易于驱动推广,但是无法在安装驱动前创建设备文件(因为安装前还没有分配到主设备号)。
1.2.初始化cdev
1voidcdev_init(structcdev*,structfile_operations*);
2cdev_init()函数用于初始化cdev的成员,并建立cdev和file_operations之间的连接。
1.3.注册cdev
1intcdev_add(structcdev*,dev_t,unsigned);
2 cdev_add()函数向系统添加一个cdev,完成字符设备的注册。
1.4.硬件初始化
硬件初始化主要是硬件资源的申请与配置,以TQ210的按键驱动为例:
3
4
5
1/*1.4硬件初始化*/
2//申请GPIO资源
3gpio_request(S5PV210_GPH0(0),"
GPH0_0"
4//配置输入
5gpio_direction_input(S5PV210_GPH0(0));
2.实现设备操作
用户空间的程序以访问文件的形式访问字符设备,通常进行open、read、write、close等系统调用。
而这些系统调用的最终落实则是file_operations结构体中成员函数,它们是字符设备驱动与内核的接口。
以TQ210的按键驱动为例:
1/*设备操作集合*/
2staticstructfile_operationsbtn_fops={
3.owner=THIS_MODULE,
4.open=button_open,
5.release=button_close,
6.read=button_read
7};
上面代码中的button_open、button_close、button_read是要在驱动中自己实现的。
file_operations结构体成员函数有很多个,下面就选几个常见的来展示:
2.1.open()函数
原型:
1int(*open)(structinode*,structfile*);
2/*打开*/
2.2.read()函数
ssize_t(*read)(structfile*,char__user*,size_t,loff_t*);
/*用来从设备中读取数据,成功时函数返回读取的字节数,出错时返回一个负值*/
2.3.write()函数
1ssize_t(*write)(structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*);
2/*向设备发送数据,成功时该函数返回写入的字节数。
如果此函数未被实现,
3当用户进行write()系统调用时,将得到-EINVAL返回值*/
2.4.close()函数
1int(*release)(structinode*,structfile*);
2/*关闭*/
2.5.补充说明
1.在Linux字符设备驱动程序设计中,有3种非常重要的数据结构:
structfile、structinode、structfile_operations。
structfile代表一个打开的文件。
系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的structfile。
它由内核在打开文件时创建,在文件关闭后释放。
其成员loff_tf_pos表示文件读写位置。
structinode用来记录文件的物理上的信息。
因此,它和代表打开文件的file结构是不同的。
一个文件可以对应多个file结构,但只有一个inode结构。
其成员dev_ti_rdev表示设备号。
structfile_operations一个函数指针的集合,定义能在设备上进行的操作。
结构中的成员指向驱动中的函数,这些函数实现一个特别的操作,对于不支持的操作保留为NULL。
2.在read()和write()中的buff参数是用户空间指针。
因此,它不能被内核代码直接引用,因为用户空间指针在内核空间时可能根本是无效的——没有那个地址的映射。
因此,内核提供了专门的函数用于访问用户空间的指针:
1unsignedlongcopy_from_user(void*to,constvoid__user*from,unsignedlongcount);
2unsignedlongcopy_to_user(void__user*to,constvoid*from,unsignedlongcount);
3.驱动注销
3.1.删除cdev
在字符设备驱动模块卸载函数中通过cdev_del()函数向系统删除一个cdev,完成字符设备的注销。
/*原型:
voidcdev_del(structcdev*);
/*例:
cdev_del(&
btn_cdev);
3.2.释放设备号
在调用cdev_del()函数从系统注销字符设备之后,unregister_chrdev_region()应该被调用以释放原先申请的设备号。
voidunregister_chrdev_region(dev_tfrom,unsignedcount);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major,0),1);
四、字符设备驱动程序基础:
4.1cdev结构体
在Linux2.6内核中,使用cdev结构体来描述一个字符设备,cdev结构体的定义如下:
1structcdev{
2
3structkobjectkobj;
4
5structmodule*owner;
/*通常为THIS_MODULE*/
6
7structfile_operations*ops;
/*在cdev_init()这个函数里面与cdev结构联系起来*/
8
9structlist_headlist;
10
11dev_tdev;
/*设备号*/
12
13unsignedintcount;
14
15};
cdev结构体的dev_t成员定义了设备号,为32位,其中12位是主设备号,20位是次设备号,我们只需使用二个简单的宏就可以从dev_t中获取主设备号和次设备号:
MAJOR(dev_tdev)
MINOR(dev_tdev)
相反地,可以通过主次设备号来生成dev_t:
MKDEV(intmajor,intminor)
4.2Linux2.6内核提供一组函数用于操作cdev结构体
1:
voidcdev_init(structcdev*,structfile_operations*);
2:
structcdev*cdev_alloc(void);
3:
intcdev_add(structcdev*,dev_t,unsigned);
4:
其中
(1)用于初始化cdev结构体,并建立cdev与file_operations之间的连接。
(2)用于动态分配一个cdev结构,(3)向内核注册一个cdev结构,(4)向内核注销一个cdev结构
4.3Linux2.6内核分配和释放设备号
在调用cdev_add()函数向系统注册字符设备之前,首先应向系统申请设备号,有二种方法申请设备号,一种是静态申请设备号:
5:
intregister_chrdev_region(dev_tfrom,unsignedcount,constchar*name)
另一种是动态申请设备号:
6:
intalloc_chrdev_region(dev_t*dev,unsignedbaseminor,unsignedcount,constchar*name);
其中,静态申请是已知起始设备号的情况,如先使用cat/proc/devices命令查得哪个设备号未事先使用(不推荐使用静态申请);
动态申请是由系统自动分配,只需设置major=0即可。
相反地,在调用cdev_del()函数从系统中注销字符设备之后,应该向系统申请释放原先申请的设备号,使用:
7:
voidunregister_chrdev_region(dev_tfrom,unsignedcount);
4.4cdev结构的file_operations结构体
这个结构体是字符设备当中最重要的结构体之一,file_operations结构体中的成员函数指针是字符设备驱动程序设计的主体内容,这些函数实际上在应用程序进行Linux的open()、read()、write()、close()、seek()、ioctl()等系统调用时最终被调用。
1structfile_operations{
3/*拥有该结构的模块计数,一般为THIS_MODULE*/
4structmodule*owner;
5
6/*用于修改文件当前的读写位置*/
7loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);
9/*从设备中同步读取数据*/
10ssize_t(*read)(structfile*,char__user*,size_t,loff_t*);
11
12/*向设备中写数据*/
13ssize_t(*write)(structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*);
15
16ssize_t(*aio_read)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);
17ssize_t(*aio_write)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);
18int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);
19
20/*轮询函数,判断目前是否可以进行非阻塞的读取或写入*/
21unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);
22
23/*执行设备的I/O命令*/
24int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);
25
26
27long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);
28long(*compat_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);
29
30/*用于请求将设备内存映射到进程地址空间*/
31int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);
32
33/*打开设备文件*/
34int(*open)(structinode*,structfile*);
35int(*flush)(structfile*,fl_owner_tid);
36
37/*关闭设备文件*/
38int(*release)(structinode*,structfile*);
39
40
41int(*fsync)(structfile*,structdentry*,intdatasync);
42int(*aio_fsync)(structkiocb*,intdatasync);
43int(*fasync)(int,structfile*,int);
44int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);
45ssize_t(*sendpage)(structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int);
46unsignedlong(*get_unmapped_area)(structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong);
47int(*check_flags)(int);
48int(*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);
49ssize_t(*splice_write)(structpipe_inode_info*,structfile*,loff_t*,size_t,unsignedint);
50ssize_t(*splice_read)(structfile*,loff_t*,structpipe_inode_info*,size_t,unsignedint);
51int(*setlease)(structfile*,long,structfile_lock**);
52};
4.5file结构
file结构代表一个打开的文件,它的特点是一个文件可以对应多个file结构。
它由内核再open时创建,并传递给在该文件上操作的所有函数,直到最后close函数,在文件的所有实例都被关闭之后,内核才释放这个数据结构。
在内核源代码中,指向structfile的指针通常比称为filp,file结构有以下几个重要的成员:
1structfile{
3mode_tfmode;
/*文件模式,如FMODE_READ,FMODE_WRITE*/
5......
7loff_tf_pos;
/*loff_t是一个64位的数,需要时,须强制转换为32位*/
9unsignedintf_flags;
/*文件标志,如:
O_NONBLOCK*/
11structfile_operations*f_op;
13void*private_data;
/*非常重要,用于存放转换后的设备描述结构指针*/
15.......
16
17};
4.6inode结构
内核用inode结构在内部表示文件,它是实实在在的表示物理硬件上的某一个文件,且一个文件仅有一个inode与之对应,同样它有二个比较重要的成员:
1structinode{
3dev_ti_rdev;
/*设备编号*/
5structcdev*i_cdev;
/*cdev是表示字符设备的内核的内部结构*/
9可以从inode中获取主次设备号,使用下面二个宏:
11/*驱动工程师一般不关心这二个宏*/
13unsignedintimajor(structinode*inode);
15unsignedintiminor(structinode*inode);
4.7字符设备驱动模块加载与卸载函数
在字符设备驱动模块加载函数中应该实现设备号的申请和cdev结构的注册,而在卸载函数中应该实现设备号的释放与cdev结构的注销。
我们一般习惯将cdev内嵌到另外一个设备相关的结构体里面,该设备包含所涉及的cdev、私有数据及信号量等等信息。
常见的设备结构体、模块加载函数、模块卸载函数形式如下:
1/*设备结构体*/
3structxxx_dev{
5structcdevcdev;
7char*data;
9structsemaphoresem;
11......
13};
17/*模块加载函数*/
18
19staticint__initxxx_init(void)
20
21{
23.......
24
25初始化cdev结构;
27申请设备号;
28
29注册设备号;
30
31
33申请分配设备结构体的内存;
/*非必须*/
34
35}
37
38
39/*模块卸载函数*/
41staticvoid__exitxxx_exit(void)
42
43{
44
45.......
46
47释放原先申请的设备号;
48
49释放原先申请的内存;
50
51注销cdev设备;
52
53}
54
55
4.8字符设备驱动的file_operations结构体重成员函数
1/*读设备*/
3ssize_txxx_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos)
5{
7......
9使用filp->
private_data获取设备结构体指针;
11分析和获取有效的长度;
13/*内核空间到用户空间的数据传递*/
15copy_to_user(void__user*to,constvoid*from,unsignedlongcount);
17......
19}
21/*写设备*/
23ssize_txxx_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos)
25{
27......
29使用filp->
31分析和获取有效的长度;
33/*用户空间到内核空间的数据传递*/
35copy_from_user(void*to,constvoid__user*from,unsignedlongcount);
37......
39}
41/*ioctl函数*/
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