房地产网站建设策划方案,wordpress3.5.1zhcn,网站建设设计设计公司,主机公园 wordpress一、linux系统将设备分为3类#xff1a;字符设备、块设备、网络设备。使用驱动程序#xff1a; 字符设备#xff1a;是指只能一个字节一个字节读写的设备#xff0c;不能随机读取设备内存中的某一数据#xff0c;读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备#x… 一、linux系统将设备分为3类字符设备、块设备、网络设备。使用驱动程序 字符设备是指只能一个字节一个字节读写的设备不能随机读取设备内存中的某一数据读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。 块设备是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。 每一个字符设备或块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过设备文件或称设备节点来使用驱动程序操作字符设备和块设备。 二、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。 三、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 1 /*……*/2 /* 分配cdev*/3 struct cdev btn_cdev;4 /*……*/5 /* 1.1 申请设备号*/6 if(major){7 //静态8 dev_id MKDEV(major, 0);9 register_chrdev_region(dev_id, 1, button);
10 } else {
11 //动态
12 alloc_chardev_region(dev_id, 0, 1, button);
13 major MAJOR(dev_id);
14 }
15 /*……*/ View Code 从上面的代码可以看出申请设备号有动静之分其实设备号还有主次之分。 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 1 int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
2 /*功能申请使用从from开始的count 个设备号(主设备号不变次设备号增加*/ 静态申请相对较简单但是一旦驱动被广泛使用,这个随机选定的主设备号可能会导致设备号冲突而使驱动程序无法注册。 动态 1 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)
2 /*功能请求内核动态分配count个设备号且次设备号从baseminor开始。*/ 动态申请简单易于驱动推广但是无法在安装驱动前创建设备文件因为安装前还没有分配到主设备号。 1.2. 初始化cdev 1 void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *);
2 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 1 int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);2 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 1 /* 1.4 硬件初始化*/
2 //申请GPIO资源
3 gpio_request(S5PV210_GPH0(0), GPH0_0);
4 //配置输入
5 gpio_direction_input(S5PV210_GPH0(0)); 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 1 /*设备操作集合*/
2 static struct file_operations btn_fops {
3 .owner THIS_MODULE,
4 .open button_open,
5 .release button_close,
6 .read button_read
7 }; 上面代码中的button_open、button_close、button_read是要在驱动中自己实现的。file_operations结构体成员函数有很多个下面就选几个常见的来展示 2.1. open函数 原型 1 int(*open)(struct inode *, struct file*);
2 /*打开*/ 2.2. read( )函数 原型 ssize_t(*read)(struct file *, char __user*, size_t, loff_t*);
/*用来从设备中读取数据成功时函数返回读取的字节数出错时返回一个负值*/ 2.3. write( )函数 原型 1 ssize_t(*write)(struct file *, const char__user *, size_t, loff_t*);
2 /*向设备发送数据成功时该函数返回写入的字节数。如果此函数未被实现
3 当用户进行write()系统调用时将得到-EINVAL返回值*/ 2.4. close( )函数 原型 1 int(*release)(struct inode *, struct file*);
2 /*关闭*/ 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 1 unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long count);
2 unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long count); 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。 /*原型*/
void cdev_del(struct cdev *);
/*例*/
cdev_del(btn_cdev); 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。 /*原型*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
/*例*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);四、字符设备驱动程序基础: 4.1 cdev结构体 在Linux2.6 内核中使用cdev结构体来描述一个字符设备cdev结构体的定义如下 1 struct cdev {2 3 struct kobject kobj;4 5 struct module *owner; /*通常为THIS_MODULE*/6 7 struct file_operations *ops; /*在cdev_init()这个函数里面与cdev结构联系起来*/8 9 struct list_head list;
10
11 dev_t dev; /*设备号*/
12
13 unsigned int count;
14
15 } View Code cdev 结构体的dev_t 成员定义了设备号为32位其中12位是主设备号20位是次设备号我们只需使用二个简单的宏就可以从dev_t 中获取主设备号和次设备号 MAJOR(dev_t dev) MINOR(dev_t dev) 相反地可以通过主次设备号来生成dev_t MKDEV(int major,int minor) 4.2 Linux 2.6内核提供一组函数用于操作cdev 结构体 1void cdev_init(struct cdev*,struct file_operations *);2struct cdev *cdev_alloc(void);3int cdev_add(struct cdev *,dev_t,unsigned);4void cdev_del(struct cdev *); View Code 其中1用于初始化cdev结构体并建立cdev与file_operations 之间的连接。2用于动态分配一个cdev结构3向内核注册一个cdev结构4向内核注销一个cdev结构 4.3 Linux 2.6内核分配和释放设备号 在调用cdev_add()函数向系统注册字符设备之前首先应向系统申请设备号有二种方法申请设备号一种是静态申请设备号 5int register_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char *name) 另一种是动态申请设备号 6int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char *name); 其中静态申请是已知起始设备号的情况如先使用cat /proc/devices 命令查得哪个设备号未事先使用不推荐使用静态申请动态申请是由系统自动分配只需设置major 0即可。 相反地在调用cdev_del()函数从系统中注销字符设备之后应该向系统申请释放原先申请的设备号使用 7void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count); 4.4 cdev结构的file_operations结构体 这个结构体是字符设备当中最重要的结构体之一file_operations 结构体中的成员函数指针是字符设备驱动程序设计的主体内容这些函数实际上在应用程序进行Linux 的 open()、read()、write()、close()、seek()、ioctl()等系统调用时最终被调用。 1 struct file_operations {2 3 /*拥有该结构的模块计数一般为THIS_MODULE*/4 struct module *owner;5 6 /*用于修改文件当前的读写位置*/7 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);8 9 /*从设备中同步读取数据*/
10 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
11
12 /*向设备中写数据*/
13 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
14
15
16 ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
17 ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
18 int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
19
20 /*轮询函数判断目前是否可以进行非阻塞的读取或写入*/
21 unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
22
23 /*执行设备的I/O命令*/
24 int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
25
26
27 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
28 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
29
30 /*用于请求将设备内存映射到进程地址空间*/
31 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
32
33 /*打开设备文件*/
34 int (*open) (struct inode *, struct file *);
35 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
36
37 /*关闭设备文件*/
38 int (*release) (struct inode *, struct file *);
39
40
41 int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
42 int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
43 int (*fasync) (int, struct file *, int);
44 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
45 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
46 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
47 int (*check_flags)(int);
48 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
49 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
50 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
51 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
52 }; View Code 4.5 file结构 file 结构代表一个打开的文件它的特点是一个文件可以对应多个file结构。它由内核再open时创建并传递给在该文件上操作的所有函数直到最后close函数在文件的所有实例都被关闭之后内核才释放这个数据结构。 在内核源代码中指向 struct file 的指针通常比称为filpfile结构有以下几个重要的成员 1 struct file{2 3 mode_t fmode; /*文件模式如FMODE_READFMODE_WRITE*/4 5 ......6 7 loff_t f_pos; /*loff_t 是一个64位的数需要时须强制转换为32位*/8 9 unsigned int f_flags; /*文件标志如O_NONBLOCK*/
10
11 struct file_operations *f_op;
12
13 void *private_data; /*非常重要用于存放转换后的设备描述结构指针*/
14
15 .......
16
17 }; View Code 4.6 inode 结构 内核用inode 结构在内部表示文件它是实实在在的表示物理硬件上的某一个文件且一个文件仅有一个inode与之对应同样它有二个比较重要的成员 1 struct inode{2 3 dev_t i_rdev; /*设备编号*/4 5 struct cdev *i_cdev; /*cdev 是表示字符设备的内核的内部结构*/6 7 };8 9 可以从inode中获取主次设备号使用下面二个宏
10
11 /*驱动工程师一般不关心这二个宏*/
12
13 unsigned int imajor(struct inode *inode);
14
15 unsigned int iminor(struct inode *inode); View Code 4.7字符设备驱动模块加载与卸载函数 在字符设备驱动模块加载函数中应该实现设备号的申请和cdev 结构的注册而在卸载函数中应该实现设备号的释放与cdev结构的注销。 我们一般习惯将cdev内嵌到另外一个设备相关的结构体里面该设备包含所涉及的cdev、私有数据及信号量等等信息。常见的设备结构体、模块加载函数、模块卸载函数形式如下 1 /*设备结构体*/2 3 struct xxx_dev{4 5 struct cdev cdev;6 7 char *data;8 9 struct semaphore sem;
10
11 ......
12
13 };
14
15
16
17 /*模块加载函数*/
18
19 static int __init xxx_init(void)
20
21 {
22
23 .......
24
25 初始化cdev结构;
26
27 申请设备号
28
29 注册设备号
30
31
32
33 申请分配设备结构体的内存 /*非必须*/
34
35 }
36
37
38
39 /*模块卸载函数*/
40
41 static void __exit xxx_exit(void)
42
43 {
44
45 .......
46
47 释放原先申请的设备号
48
49 释放原先申请的内存
50
51 注销cdev设备
52
53 }
54
55 View Code 4.8字符设备驱动的 file_operations 结构体重成员函数 1 /*读设备*/2 3 ssize_t xxx_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)4 5 {6 7 ......8 9 使用filp-private_data获取设备结构体指针
10
11 分析和获取有效的长度
12
13 /*内核空间到用户空间的数据传递*/
14
15 copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long count);
16
17 ......
18
19 }
20
21 /*写设备*/
22
23 ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
24
25 {
26
27 ......
28
29 使用filp-private_data获取设备结构体指针
30
31 分析和获取有效的长度
32
33 /*用户空间到内核空间的数据传递*/
34
35 copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long count);
36
37 ......
38
39 }
40
41 /*ioctl函数*/
42
43 static int xxx_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)
44
45 {
46
47 ......
48
49 switch(cmd){
50
51 case xxx_CMD1:
52
53 ......
54
55 break;
56
57 case xxx_CMD2:
58
59 .......
60
61 break;
62
63 default:
64
65 return -ENOTTY; /*不能支持的命令*/
66
67 }
68
69 return 0;
70
71 } View Code 4.9、字符设备驱动文件操作结构体模板 1 struct file_operations xxx_fops {2 3 .owner THIS_MODULE,4 5 .open xxx_open,6 7 .read xxx_read,8 9 .write xxx_write,
10
11 .close xxx_release,
12
13 .ioctl xxx_ioctl,
14
15 .lseek xxx_llseek,
16
17 };
18
19 上面的写法需要注意二点一结构体成员之间是以逗号分开的而不是分号结构体字段结束时最后应加上分号。 View Code 五、字符设备驱动小结 字符设备是3大类设备字符设备、块设备、网络设备中较简单的一类设备其驱动程序中完成的主要工作是初始化、添加和删除cdev结构体申请和释放设备号以及填充file_operation结构体中操作函数并实现file_operations结构体中的read()、write()、ioctl()等重要函数。如图所示为cdev结构体、file_operations和用户空间调用驱动的关系。 版权所有转载请注明转载地址http://www.cnblogs.com/lihuidashen/p/4426129.html
