linux 字符设备驱动简单总结
2014-10-17 10:29
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一、字符设备、字符设备驱动与用户空间访问该设备的程序三者之间的关系。
如图,在Linux内核中使用cdev结构体来描述字符设备,通过其成员dev_t来定义设备号(分为主、次设备号)以确定字符设备的唯一性。通过其成员file_operations来定义字符设备驱动提供给VFS的接口函数,如常见的open()、read()、write()等。
在Linux字符设备驱动中,模块加载函数通过register_chrdev_region( ) 或alloc_chrdev_region( )来静态或者动态获取设备号,通过cdev_init( )建立cdev与file_operations之间的连接,通过cdev_add( )向系统添加一个cdev以完成注册。模块卸载函数通过cdev_del( )来注销cdev,通过unregister_chrdev_region( )来释放设备号。
用户空间访问该设备的程序通过Linux系统调用,如open( )、read( )、write( ),来“调用”file_operations来定义字符设备驱动提供给VFS的接口函数。
二、字符设备驱动模型
1. 驱动初始化
1.1. 分配cdev
在2.6的内核中使用cdev结构体来描述字符设备,在驱动中分配cdev,主要是分配一个cdev结构体与申请设备号,以按键驱动为例:在Linux中以主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序。次编号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备。cdev 结构体的 dev_t 成员定义了设备号,为 32 位,其中高 12 位为主设备号,低20 位为次设备号。
设备号的获得与生成:
获得:主设备号:MAJOR(dev_t dev);
次设备号:MINOR(dev_t dev);
生成:MKDEV(int major,int minor);
设备号申请的动静之分:
静态:
动态:
1.2. 初始化cdev
void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *);cdev_init()函数用于初始化 cdev 的成员,并建立 cdev 和 file_operations 之间的连接。
1.3. 注册cdev
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);cdev_add()函数向系统添加一个 cdev,完成字符设备的注册。
1.4. 硬件初始化
硬件初始化主要是硬件资源的申请与配置,以TQ210的按键驱动为例: 2.实现设备操作
用户空间的程序以访问文件的形式访问字符设备,通常进行open、read、write、close等系统调用。而这些系统调用的最终落实则是file_operations结构体中成员函数,它们是字符设备驱动与内核的接口。以TQ210的按键驱动为例: 2.1. open()函数
原型: 2.2. read( )函数
原型: 2.3. write( )函数
原型:2.4. close( )函数
原型: 2.5. 补充说明
1. 在Linux字符设备驱动程序设计中,有3种非常重要的数据结构:struct file、struct inode、struct file_operations。struct file 代表一个打开的文件。系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建, 在文件关闭后释放。其成员loff_t f_pos 表示文件读写位置。
struct inode 用来记录文件的物理上的信息。因此,它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件可以对应多个file结构,但只有一个inode结构。其成员dev_t i_rdev表示设备号。
struct file_operations 一个函数指针的集合,定义能在设备上进行的操作。结构中的成员指向驱动中的函数,这些函数实现一个特别的操作, 对于不支持的操作保留为NULL。
2. 在read( )和write( )中的buff 参数是用户空间指针。因此,它不能被内核代码直接引用,因为用户空间指针在内核空间时可能根本是无效的——没有那个地址的映射。因此,内核提供了专门的函数用于访问用户空间的指针:
3. 驱动注销
3.1. 删除cdev
在字符设备驱动模块卸载函数中通过cdev_del()函数向系统删除一个cdev,完成字符设备的注销。 3.2. 释放设备号
在调用cdev_del()函数从系统注销字符设备之后,unregister_chrdev_region()应该被调用以释放原先申请的设备号。三、Linux字符设备驱动模板与案例
1. 字符设备驱动模块加载与卸载函数模板
在实际开发中,通常习惯为设备定义一个设备相关的结构体,其包含该设备所涉及到的cdev、私有数据及信号量等信息。 2.字符设备驱动读、写、IO控制函数模板
3.TQ210的最简单按键驱动示例
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