linux 基礎復習(9)設備驅(qū)動入門
Linux 內(nèi)核中采用可加載的模塊化設計(LKMs,Loadable Kernel Modules),一般情況下編譯的Linux 內(nèi)核是支持可插入式模塊的,也就是將最基本的核心代碼編譯在內(nèi)核中,其他的代碼可以選擇在內(nèi)核中,或者編譯為內(nèi)核的模塊文件。常見的驅(qū)動程序也是作為內(nèi)核模塊動態(tài)加載的。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201610/305814.htm模塊相關命令
lsmod 列出當前系統(tǒng)加載的模塊
rmmod 將當前模塊卸載
insmod、modprobe 用于加載當前模塊。但insmod不會自動解決依存關系,而modprobe可以根據(jù)模塊間的依存關系以及 /etc/modules.conf 文件中的內(nèi)容自動插入模塊
mknod 創(chuàng)建相關模塊
Linux 系統(tǒng)的設備文件分為三類:塊設備文件、字符設備文件和網(wǎng)絡設備文件。
· 塊設備文件通常指一些需要以塊(如512 字節(jié))的方式寫入的設備,如IDE 硬盤、SCSI硬盤、光驅(qū)等。
· 字符型設備文件通常指可以直接讀寫,沒有緩沖區(qū)的設備,如并口、虛擬控制臺等。
· 網(wǎng)絡設備文件通常是指網(wǎng)絡設備訪問的BSD socket接口,如網(wǎng)卡等。
設備號設備號是一個數(shù)字,它是設備的標志。就如前面所述,一個設備文件(也就是設備節(jié)點)可以通過mknod命令來創(chuàng)建,其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明某一類設備,
一般對應著確定的驅(qū)動程序;次設備號一般是用于區(qū)分標明不同屬性,例如不同的使用方法,不同的位置,不同的操作等,它標志著某個具體的物理設備。高字節(jié)為主設備號和底字節(jié)為次設備號。例如,在系統(tǒng)中的塊設備IDE 硬盤的主設備號是3,而多個IDE 硬盤及其各個分區(qū)分別賦予次設備號1、2、3……
Linux 設備驅(qū)動程序包含中斷處理程序和設備服務子程序兩部分
設備服務子程序包含了所有與設備操作相關的處理代碼。它從面向用戶進程的設備文件系統(tǒng)中接受用戶命令,并對設備控制器執(zhí)行操作。這樣,設備驅(qū)動程序屏蔽了設備的特殊性,使用戶可以像對待文件一樣操作設備。
設備控制器需要獲得系統(tǒng)服務時有兩種方式:查詢和中斷。因為Linux 下的設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分,在設備查詢期間系統(tǒng)不能運行其他代碼,查詢方式的工作效率比較低,所以只有少數(shù)設備如軟盤驅(qū)動程序采取這種方式,大多設備以中斷方式向設備驅(qū)動程序發(fā)出輸入/輸出請求。
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Linux 中的設備驅(qū)動程序有如下特點。
(1)內(nèi)核代碼:設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分,如果驅(qū)動程序出錯,則可能導致系統(tǒng)崩潰。
(2)內(nèi)核接口:設備驅(qū)動程序必須為內(nèi)核或者其子系統(tǒng)提供一個標準接口。比如,一個終端驅(qū)動程序必須為內(nèi)核提供一個文件I/O 接口;一個SCSI設備驅(qū)動程序應該為SCSI子系統(tǒng)提供一個SCSI設備接口,同時SCSI子系統(tǒng)也必須為內(nèi)核提供文件的I/O 接口及緩沖區(qū)。
(3)內(nèi)核機制和服務:設備驅(qū)動程序使用一些標準的內(nèi)核服務,如內(nèi)存分配等。
(4)可裝載:大多數(shù)的Linux 操作系統(tǒng)設備驅(qū)動程序都可以在需要時裝載進內(nèi)核,在不需要時從內(nèi)核中卸載。
(5)可設置:Linux 操作系統(tǒng)設備驅(qū)動程序可以集成為內(nèi)核的一部分,并可以根據(jù)需要把其中的某一部分集成到內(nèi)核中,這只需要在系統(tǒng)編譯時進行相應的設置即可。
(6)動態(tài)性:在系統(tǒng)啟動且各個設備驅(qū)動程序初始化后,驅(qū)動程序?qū)⒕S護其控制的設備。
如果該設備驅(qū)動程序控制的設備不存在也不影響系統(tǒng)的運行,那么此時的設備驅(qū)動程序只是多占用了一點系統(tǒng)內(nèi)存罷了。
驅(qū)動開發(fā)時卻沒有main 函數(shù),模塊在調(diào)用insmod命令時被加載,此時的入口點是init_module函數(shù),通常在該函數(shù)中完成設備的注冊。同樣,模塊在調(diào)rmmod
函數(shù)時被卸載,此時的入口點是cleanup_module函數(shù),在該函數(shù)中完成設備的卸載。在設備完成注冊加載之后,用戶的應用程序就可以對該設備進行一定的操作,如read、write等,而驅(qū)動程序就是用于實現(xiàn)這些操作,在用戶應用程序調(diào)用相應入口函數(shù)時執(zhí)行相關的操作,init_module入口點函數(shù)則不需要完成其他如read、write之類功能。
設備驅(qū)動程序的入口點,它是一個在中定義的struct file結構,這是一個內(nèi)核結構,不會出現(xiàn)在用戶空間的程序中,它定義了常見文件I/O 函數(shù)的入口。
struct file_operations {
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);
unsigned 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 file *);
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 file_lock *);
};
每個設備的驅(qū)動程序不一定要實現(xiàn)其中所有的函數(shù)操作,若不需要定義實現(xiàn)時,則只需將其設為NULL即可。
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