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。

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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} onclick=if(!this.resized) {return true;} else {window.open(this.src);} alt= src=http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080413193842.jpg onload=if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} border=0>

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。