基于S3C2410的Linux驅動程序開發(fā)

　　1. 開發(fā)環(huán)境的建立在嵌入式系統(tǒng)中，由于目標機資源有限，因此通常是在主機上編譯好驅動程序以及應用程序，然后通過串口、以太網(wǎng)、仿真器或其他通信手段與目標機通信。為了方便進行Linux設備驅動的開發(fā)和調試，首先必須建立良好的開發(fā)環(huán)境，包括交叉編譯環(huán)境的建立、minicom的設置以及nfs網(wǎng)絡文件系統(tǒng)的建立。

　　(1) 交叉編譯環(huán)境由于我采用的是ARM9 S3C2410處理器，因此必須在主機上建立針對目標板處理器的GNU工具鏈，這個過程相當復雜繁瑣，開發(fā)者可以采用編譯好的針對ARM處理器的交叉工具鏈arm-linux-gcc，只需對其進行安裝即可。首先，在/usr/local下建立目錄arm，接著把壓縮包arm-linux-gcc-3.3.2.tar.gz解壓縮到arm目錄下，然后在/etc/profile文件的pathmunge語句斷后添加pathmunge /usr/local/arm/3.3.2/bin,保存對/etc/profile的修改，最后執(zhí)行source /etc/profile，這樣交叉編譯環(huán)境就建成了。

　　(2) 串口工具Minicom 在嵌入式Linux的開發(fā)過程中，通常利用串口與目標機通信。在Window環(huán)境下，經常使用的是超級終端，在Linux環(huán)境下，經常使用的是Minicom。第一次使用Minicom時，需要配置菜單選項，在Linux終端以root身份輸入minicom –s，在出現(xiàn)的菜單選項選擇Serial port setup,然后根據(jù)目標板對選項進行配置，退出后選擇Save as dfl即可，最后退出設置菜單就可以使用Minicom與開發(fā)板通訊了。

　　(3) 網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS NFS是由Sun開發(fā)并發(fā)展起來的一項用于在不同機器，不同操作系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡互相分享文件的技術。我們可以把宿主機上編譯好的程序放在NFS服務器共享目錄下，然后把這些共享文件mount到目標板上進行調試、運行等操作。由于宿主機與目標機操作系統(tǒng)都支持NFS系統(tǒng)，因此建立NFS開發(fā)環(huán)境時只需要在宿主機上對NFS服務器進行配置，用vi打開/etc/exports,編輯文本為/home/fei/test/ 192.168.2.*(rw,sync,no_root_squash),其中，/home/fei/test/表示共享的目錄，192.168.2.*表示可以連接的主機，(rw,sync,no_root_squash)則表示讀寫權限與其他參數(shù)。保存退出后執(zhí)行/sbin/service nfs restart并關閉防火墻。這樣就可以使用mount命令掛載NFS文件系統(tǒng)了，比如把宿主機(IP為192.168.2.10)配置的/home/fei/test目錄掛載到目標板的/tmp目錄下，可以使用命令：mount –t nfs 192.168.2.10:/home/fei/test /tmp

　　2. Linux設備驅動程序

　　(1) Linux 設備驅動概述系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)內核與應用程序之間的接口，設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核和機器硬件之間的接口，設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，應用程序通過系統(tǒng)調用或者C庫訪問操作系統(tǒng)內核，而操作系統(tǒng)內核又通過驅動程序訪問硬件設備，從而使用戶或者應該程序可以按操作普通文件的方式對硬件設備進行操作。Linux設備驅動程序運行在系統(tǒng)的內核空間，是內核非常重要的組成部分，它主要完成的功能有：1) 設備進行初始化和釋放;2) 把數(shù)據(jù)從內核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù);3) 讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)、回送應用程序請求的數(shù)據(jù); 4) 檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。 Linux操作系統(tǒng)將設備分成三種基本類型：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。字符設備是個能夠像字節(jié)流一樣被訪問的設備，它可以通過文件系統(tǒng)節(jié)點來訪問，當用戶或者應用程序對字符設備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件I/O一般就會緊接著發(fā)生，字符設備以單個字節(jié)為單位進行順序讀寫操作，通常不使用緩沖技術。塊設備和字符設備類似，也是通過文件系統(tǒng)節(jié)點來訪問，塊設備與字符設備的區(qū)別僅僅在于內核內部管理數(shù)據(jù)的方式，塊設備是以固定大小的數(shù)據(jù)塊進行存儲和讀寫的，如硬盤、軟盤等，并利用一塊系統(tǒng)內存作為緩沖區(qū)，若用戶進程對設備的請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數(shù)據(jù);否則，就調用請求函數(shù)來進行設計的I/O操作。塊設備是主要針對磁盤等慢速設備設計的,以免耗費過多的CPU時間來等待。網(wǎng)絡設備是一個能夠和其他主機交換數(shù)據(jù)的設備，網(wǎng)絡設備驅動程序負責發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包。

　　(2) Linux 設備驅動的結構

　　Linux設備驅動程序實現(xiàn)的功能包括驅動程序的注冊與注銷、設備的打開與釋放、設備的讀寫操作、設備的控制操作等。當用戶需要通過設備文件同硬件打交道時，必須通過如open、read、write、close、ioctl等系統(tǒng)調用，而系統(tǒng)調用和驅動程序正是通過數(shù)據(jù)結構struct file_operations作為橋梁聯(lián)系起來的。file_operations數(shù)據(jù)結構的每一個成員的名字都對應著一個系統(tǒng)調用。用戶進程利用系統(tǒng)調用在對設備文件進行諸如read、write操作時,系統(tǒng)調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序,然后讀取這個數(shù)據(jù)結構相應的函數(shù)指針,接著把控制權交給該函數(shù)。這是linux的設備驅動程序工作的基本原理。因此，編寫設備驅動程序的主要工作就是編寫file_operations數(shù)據(jù)結構的各個子函數(shù)。下面的結構體就是一個典型的file_operations結構：

　　struct file_operations {

　　int (*seek) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

　　int (*read) (struct inode * ,struct file *, char ,int); i

　　nt (*write) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

　　int (*readdir) (struct inode * ,struct file *, struct dirent * ,int);

　　int (*select) (struct inode * ,struct file *, int ,select_table *);

　　int (*ioctl) (struct inode * ,struct file *, unsined int ,unsigned long int (*mmap) (struct inode * ,struct file *, struct vm_area_struct *); i

　　nt (*open) (struct inode * ,struct file *);

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

　　int (*fsync) (struct inode * ,struct file *);

　　int (*fasync) (struct inode * ,struct file *,int);

　　int (*check_media_change) (struct inode * ,struct file *);

　　int (*revalidate) (dev_t dev);

　　} file_operations

　　結構體中的成員都是函數(shù)指針，每個應用程序對設備的操作，都會根據(jù)major、minor設備號，轉換成對file_operations結構的訪問。開發(fā)者在編寫設備驅動程序的時候，根據(jù)自己的需要完成file_operations結構中的函數(shù)實現(xiàn)，對不需要用到的函數(shù)接口可以在file_operations結構中初始化為NULL。file_operations變量會在程度程序初始化時，注冊到系統(tǒng)內核。當應用程序對設備進行操作時，會調用驅動程序注冊的file_operations結構中的函數(shù)指針。