linux 基礎(chǔ)復(fù)習(xí)（9）設(shè)備驅(qū)動入門

struct inode提供了關(guān)于設(shè)備文件/dev/driver(假設(shè)此設(shè)備名為driver)的信息。struct file 提供關(guān)于被打開的文件信息，主要用于與文件系統(tǒng)對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序使用。struct file 較為重要，這里列出了它的定義：

struct file {

mode_t f_mode;/*標(biāo)識文件是否可讀或可寫，F(xiàn)MODE_READ或FMODE_WRITE*/

dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty */

off_t f_pos; /* 當(dāng)前文件位移 */

unsigned short f_flags; /* 文件標(biāo)志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */

unsigned short f_count; /* 打開的文件數(shù)目 */

unsigned short f_reada;

struct inode *f_inode; /*指向inode的結(jié)構(gòu)指針 */

struct file_operations *f_op;/* 文件索引指針 */

};

設(shè)備驅(qū)動程序主要組成

(1)設(shè)備注冊

設(shè)備注冊使用函數(shù)register_chrdev，調(diào)用該函數(shù)后就可以向系統(tǒng)申請主設(shè)備號，如果register_chrdev操作成功，設(shè)備名就會出現(xiàn)在/proc/devices 文件里。

register_chrdev等函數(shù)語法要點所需頭文件 #i nclude 函數(shù)原型 int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,struct file_operations *fops) major：設(shè)備驅(qū)動程序向系統(tǒng)申請的主設(shè)備號 如果為0 則系統(tǒng)為此驅(qū)動程序動態(tài)地分配一個主設(shè)備號函數(shù)傳入值 name：設(shè)備名 fops：對各個調(diào)用的入口點函數(shù)返回值 成功：如果是動態(tài)分配主設(shè)備號，此返回所分配的主設(shè)備號 且設(shè)備名就會出現(xiàn)在/proc/devices文函數(shù)返回值 件里

出錯：-1

(2)設(shè)備解除注冊

在關(guān)閉設(shè)備時，通常需要解除原先的設(shè)備注冊，此時可使用函數(shù)unregister_chrdev，此后該設(shè)備就會從/proc/devices 里消失。

unregister_chrdev等函數(shù)語法要點

所需頭文件 #i nclude

函數(shù)原型 int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)

major：設(shè)備的主設(shè)備號，必須和注冊時的主設(shè)備號相同。

函數(shù)傳入值 name：設(shè)備名

函數(shù)返回值 成功：0，且設(shè)備名從/proc/devices文件里消失。

出錯：-1

(3)打開設(shè)備

打開設(shè)備的接口函數(shù)是open，根據(jù)設(shè)備的不同，open函數(shù)完成的功能也有所不同，但通常情況下在open函數(shù)中要完成如下工作。

· 遞增計數(shù)器。

· 檢查特定設(shè)備的特殊情況。

· 初始化設(shè)備。

· 識別次設(shè)備號

其中遞增計數(shù)器是用于設(shè)備計數(shù)的。由于設(shè)備在使用時通常會打開較多次數(shù)，也可以由不同的進程所使用，所以若有一進程想要關(guān)閉該設(shè)備，則必須保證其他設(shè)備沒有使用該設(shè)備。因此使用計數(shù)器就可以很好地完成這項功能。

這里，實現(xiàn)計數(shù)器操作的是用在中定義的3 個宏如下。

· MOD_INC_USE_COUNT：計數(shù)器加一。

· MOD_DEC_USE_COUNT：計數(shù)器減一。

· MOD_IN_USE：計數(shù)器非零時返回真。

另外，當(dāng)有多個物理設(shè)備時，就需要識別次設(shè)備號來對各個不同的設(shè)備進行不同的操作，在有些驅(qū)動程序中并不需要用到。

雖然這是對設(shè)備文件執(zhí)行的第一個操作，但卻不是驅(qū)動程序一定要聲明的操作。若這個函數(shù)的入口為NULL，那么設(shè)備的打開操作將永遠成功，但系統(tǒng)不會通知驅(qū)動程序。

(4)釋放設(shè)備

釋放設(shè)備的接口函數(shù)是release。要注意釋放設(shè)備和關(guān)閉設(shè)備是完全不同的。當(dāng)一個進程釋放設(shè)備時，其他進程還能繼續(xù)使用該設(shè)備，只是該進程暫時停止對該設(shè)備的使用;而當(dāng)一個進程關(guān)閉設(shè)備時，其他進程必須重新打開此設(shè)備才能使用。

釋放設(shè)備時要完成的工作如下。

· 遞減計數(shù)器MOD_DEC_USE_COUNT。

· 在最后一次釋放設(shè)備操作時關(guān)閉設(shè)備。

(5)讀寫設(shè)備

讀寫設(shè)備的主要任務(wù)就是把內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間，或者從用戶空間復(fù)制到內(nèi)核空間，也就是將內(nèi)核空間緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間的緩沖區(qū)中或者相反。這里首先解釋一個read和write函數(shù)的入口函數(shù)，如下表所示。

read、write函數(shù)語法要點

所需頭文件 #i nclude

函數(shù)原型 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)

filp：文件指針

函數(shù)傳入值 buff：指向用戶緩沖區(qū)

count：傳入的數(shù)據(jù)長度

offp：用戶在文件中的位置

函數(shù)返回值 成功：寫入的數(shù)據(jù)長度

雖然這個過程看起來很簡單，但是內(nèi)核空間地址和應(yīng)用空間地址是有很大區(qū)別的，其中之一就是用戶空間的內(nèi)存是可以被換出的，因此可能會出現(xiàn)頁面失效等情況。所以就不能使用諸如memcpy 之類的函數(shù)來完成這樣的操作。在這里就要使用copy_to_user 或copy_from_user 函數(shù)，它們就是用來實現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換的。copy_to_user 和copy_from_user 的格式如下表

所需頭文件 #i nclude

函數(shù)原型 Unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long count)

Unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long count)

To：數(shù)據(jù)目的緩沖區(qū)

函數(shù)傳入值 From：數(shù)據(jù)源函數(shù)傳入值 緩沖區(qū)

count：數(shù)據(jù)長度

函數(shù)返回值 成功：寫入的數(shù)據(jù)長度

失敗：-EFAULT

這兩個函數(shù)不僅實現(xiàn)了用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且還會檢查用戶空間指針的有效性。如果指針無效，那么就不進行復(fù)制

(6)獲取內(nèi)存

在應(yīng)用程序中獲取內(nèi)存通常使用函數(shù)malloc，但在設(shè)備驅(qū)動程序中動態(tài)開辟內(nèi)存可以有基于內(nèi)存地址和基于頁面為單位兩類。其中，基于內(nèi)存地址的函數(shù)有kmalloc，注意的是，kmalloc函數(shù)返回的是物理地址，而malloc 等返回的是線性地址，因此在驅(qū)動程序中不能使用malloc函數(shù)。與malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方，并且不會對所獲取的內(nèi)存空間清零。

基于頁為單位的內(nèi)存有函數(shù)族有如下。

· get_zeroed_page：獲得一個已清零頁面。