linux字符设备驱动-重新学习-笔记-1

字符设备驱动概念介绍：

1.应用程序与内核、驱动的关系；

2.框架；

1.应用程序与内核、驱动的关系：

linux中应用程序需要操作字符设备时，调用的open/read/write等API接口，这些接口是由C库实现的，C库也属于应用层。

当调用open/read/write等API时，实际上，C库中会去调用内嵌的ARM汇编指令swi，即软中断Software Interrupte。该汇编指令swi val会触发对应异常，类似于中断异常。该异常发生后，内核会进入异常处理函数中。相应的处理函数根据swi val中不同的val值，调用相应的系统调用，如sys_open/sys_read/sys_write。这些函数通过应用语句中要打开的不同文件属性，找到对应的硬件驱动，在去对应硬件进行操作。那么，顶层应用中的open/read/write是怎么样跟底层驱动中的硬件操作的dev_open/dev_read/dev_write对应的？这就要看下面的“驱动框架”介绍！



图1.Linux文件系统组件的体系结构（借用一下Tim的图）

2.驱动框架：

我们先来整理一下写驱动的思路：

（1）首先写出具体的设备驱动的读写操作函数，如：dev_open/dev_write/dev_read

（2）怎样告诉内核我新添加的驱动？

因为顶层应用是通过内核从上到下找到的设备驱动的，所以自己写的驱动必须要让内核知道。

a.驱动中定义一个file_operation的文件操作结构体，用设备上面写得设备驱动读写等操作函数填充该结构体；

b.通过设备驱动注册函数register_chrdev()，告诉内核我新写了一个驱动；

c.谁来调用注册函数？驱动入口函数来调用；

d.内核怎么知道谁是驱动入口函数？驱动文件中添加module_init(驱动入口函数名)；这一句，这样内核就知道有这样一个驱动入口了。

注册函数中需要一个主设备号；

应用程序打开一个设备文件，该文件有几个属性，如c字符设备号，主设备号，次设备号；

那么应用程序最终怎么找到注册的对应设备驱动呢？通过设备类型、主设备号找到对应的file_operatione结构体！

注册函数实现的思路：有一个内核数组，以主设备号为索引，存储上对应于主设备好的file_operation结构体，这样就可以通过主设备号找到对应的文件操作结构体。

对应入口函数，还要有一个出口函数，用module_exit(驱动出口函数)告诉内核，这是该驱动出口，一般用于卸载驱动；

主设备号的创建有两种方式——在驱动程序中写死和自动分配两种方式。可以通过系统自动分配，也可以在驱动中写死，数值在1-255之间。

应用层中，通过open/read/write来操作某个设备文件，这个设备文件怎么来的？通过创建设备节点得到的。

设备节点也有两种方式来创建，即手动创建和自动创建。手动创建即mknod命令来创建；自动创建，在应用程序中是由udev创建，在busybox中通过mdev创建，mdev根据系统信息创建设备节点，那么系统信息怎么生成呢？通过设备类及类对象生成信息设备驱动的系统信息，即class_create()及class_device_create()函数来创建，并有mdev自动创建设备节点。那么上面创建的设备驱动的系统信息在哪里呢？我们到/sys/class下能够找到对应的设备信息，mdev就是通过这些信息来自动创建的设备节点。并且我们每次修改驱动后，再次加载驱动，mdev都会自动帮我们更新对应的设备节点。为什么能支持及时更新呢？在/etc/init.d/rcS文件中有一句echo
/sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug，这句的意思就是支持热插拔，我们每次加载卸载驱动，mdev都会帮我们更新。

从上面介绍的思路来看，应用程序通过设备文件名找到对应的设备节点，设备节点通过主设备号来找到设备驱动，设备驱动通过次设备号定位具体的设备。因此此过程涉及到的设备或文件名称中，只有应用层要操作的设备文件名称必须与设备节点名称一致，其他的设备文件名，驱动文件的名称，驱动中的驱动名称，设备名称都没有关系，也就是说这几个名称都可以不同，只要主次设备号一致就可以。

-表示常规文件；

d表示目录文件；

c表示字符文件；

VFS，virtual file system虚拟文件系统

参考阅读：

1.C语言内嵌ARM汇编——SWI使用 http://hi.baidu.com/bailyzheng/item/608524eab84ba6f4e0a5d4a3
2.ARM SWI软中断详解 http://bbs.chinaunix.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2093473；
3.arm swi软中断测试 http://bbs.chinaunix.net/forum.php?mod=viewthread&tid=3634335；