Linux串口上網(wǎng)的程序?qū)崿F(xiàn)方法

[root@localhost test]# telnet 192.168.5.2

Trying 192.168.5.2...

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Red Hat Linux release 9 (Shrike)

Kernel 2.4.20-8 on an i686

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編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用戶空間的進(jìn)程主要通過兩種方式和內(nèi)核空間模塊打交道，一種是使用proc文件系統(tǒng)，另一種是使用字符設(shè)備。本文所描述的兩個(gè)字符設(shè)備sending device 和receiving device事實(shí)上是內(nèi)核空間和用戶空間交換數(shù)據(jù)的緩存區(qū)，編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是編寫用戶空間讀寫字符設(shè)備所需要的內(nèi)核設(shè)備操作函數(shù)。 在頭文件中，我們定義ED_REC_DEVICE為receiving device，名字是ed_rec；定義ED_TX_DEVICE為sending device，名字是ed_tx。 #define MAJOR_NUM_REC 200

#define MAJOR_NUM_TX 201

#define IOCTL_SET_BUSY _IOWR(MAJOR_NUM_TX,1,int)

200和201分別代表receiving device 和 sending device的主設(shè)備號(hào)。在內(nèi)核空間，驅(qū)動(dòng)程序是根據(jù)主、次設(shè)備號(hào)識(shí)別設(shè)備的，而不是設(shè)備名；本文的字符設(shè)備的次設(shè)備號(hào)都是0，主設(shè)備號(hào)是用戶定義的且不能和系統(tǒng)已有的設(shè)備的主設(shè)備有沖突。IOCTL_SET_BUSY _IOWR(MAJOR_NUM_TX,1,int)是ioctl的操作函數(shù)定義（從用戶空間發(fā)送命令到內(nèi)核空間），主要作用是使得每次在同一時(shí)間，同一字符設(shè)備上，只可進(jìn)行一次操作。我們可以使用mknod來建立這兩個(gè)字符設(shè)備 [root@localhost]#mknod c 200 0 /dev/ed_rec

[root@localhost]#mknod c 201 0 /dev/ed_tx

設(shè)備建立后，編譯好的模塊就可以動(dòng)態(tài)加載了：[root@localhost]#insmod ed_device.o

為了方便對(duì)設(shè)備編程，我們還需要一個(gè)字符設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： struct ed_device{

int magic;

char name[8];

int busy;

unsigned char *buffer;

#ifdef LINUX_24

wait_queue_head_t rwait;

#endif

int mtu;

spinlock_t lock;

int data_len;

int buffer_size;

struct file *file;

ssize_t (*kernel_write)(const char *buffer,size_t length,int buffer_size);

};

這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是用來保存字符設(shè)備的一些基本狀態(tài)信息。ssize_t (*kernel_write)(const char *buffer,size_t length,int buffer_size) 是一個(gè)指向函數(shù)的指針，它的作用是為偽網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序提供寫字符設(shè)備數(shù)據(jù)的系統(tǒng)調(diào)用接口。magic字段主要是標(biāo)志設(shè)備類型號(hào)的，這里沒有別的特殊意義；busy字段用來說明字符設(shè)備是否是處于忙狀態(tài)，buffer指向內(nèi)核緩存區(qū)，用來存放讀寫數(shù)據(jù)；mtu保存當(dāng)前可發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包最大傳輸單位，以字節(jié)為單位；lock的類型是自旋鎖類型spinlock_t，它實(shí)際以一個(gè)整數(shù)域作為鎖，在同一時(shí)刻對(duì)同一字符設(shè)備，只能有一個(gè)操作，所以使用內(nèi)核鎖機(jī)制保護(hù)防止數(shù)據(jù)污染；data_len是當(dāng)前緩存區(qū)內(nèi)保存的數(shù)據(jù)實(shí)際大小，以字節(jié)為單位；file是指向設(shè)備文件結(jié)構(gòu)struct file的一個(gè)指針，其作用主要是定位設(shè)備的私有數(shù)據(jù) file-> private_data。定義字符設(shè)備struct ed_device ed[2]，其中ed[ED_REC_DEVICE]就是receving device，ed[ED_TX_DEVICE]就是sending device。如果sending device ED_TX_DEVICE沒有數(shù)據(jù)，用戶空間的read調(diào)用將被阻塞，并把進(jìn)程信息放于rwait隊(duì)列中。當(dāng)有數(shù)據(jù)的時(shí)候，kernel_write()中的wake_up_interruptible()將喚醒等待進(jìn)程。kernel_write()函數(shù)定義如下： ssize_t kernel_write(const char *buffer,size_t length,int buffer_size)

{

if(length > buffer_size )

length = buffer_size;

memset(ed[ED_TX_DEVICE].buffer,0,buffer_size);

memcpy(ed[ED_TX_DEVICE].buffer,buffer,buffer_size);

ed[ED_TX_DEVICE].tx_len = length;

#ifdef LINUX_24

wake_up_interruptible(ed[ED_TX_DEVICE].rwait);

#endif

return length;

}

字符設(shè)備的操作及其相關(guān)函數(shù)調(diào)用過程如圖3 所示。 圖 3 當(dāng)ed_device模塊被加載的時(shí)候，eddev_module_init()調(diào)用register_chrdev()內(nèi)核API注冊ed_tx和ed_rec兩個(gè)字符設(shè)備。這個(gè)函數(shù)定義在linux/fs.h>： int register_chdev(unsigned int major, const char *, struct fle_operations *fops)

字符設(shè)備被注冊成功后，內(nèi)核把這兩個(gè)字符設(shè)備加入到內(nèi)核字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)表中。內(nèi)核字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)表保留指向struct file_operations的一個(gè)數(shù)據(jù)指針。用戶進(jìn)程調(diào)用設(shè)備讀寫操作時(shí)，通過這個(gè)指針訪問設(shè)備的操作函數(shù)， struct file_operations中的域大部分是指向函數(shù)的函數(shù)指針，指向用戶自己編寫的設(shè)備操作函數(shù)。 struct file_operations ed_ops ={

#ifdef LINUX_24

NULL,

#endif

NULL,

device_read,

device_write,

NULL,

NULL,

device_ioctl,

NULL,

device_open,

NULL,

device_release,

};

注意到Linux2.4.x和Linux2.2.x內(nèi)核中定義的struct file_operations是不一樣的。device_read()、device_write()、device_ioctl()、device_open()、device_release()就是需要用戶自己定義的函數(shù)操作了，這幾個(gè)函數(shù)是最基本的操作，如果需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成更復(fù)雜的任務(wù)，還必須編寫其他struct file_operations中定義的操作。eddev_module_init()除了注冊設(shè)備及其操作外，它還有初始化字符設(shè)備結(jié)構(gòu)struct ed_device，分配內(nèi)核緩存區(qū)所需要的空間的作用。在內(nèi)核空間，分配內(nèi)存空間的API函數(shù)是kmalloc()。 下面介紹一下字符設(shè)備的主要操作例程device_open()、device_release()、device_read()、devie_write()。字符設(shè)備文件操作結(jié)構(gòu)ed_ops中定義的指向以上函數(shù)的函數(shù)指針的原形： device_open: int(*open)(struct inode *,struct file *)

device_release: int (*release) (struct inode *, struct file *);

device_read: ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);

device_write: ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);