8-嵌入式设备驱动

编写简单的驱动程序（5）
– xsbase_read()
static ssize_t xsbase_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) { int len; if(count < 0) return -EINVAL; len = strlen(data); if(len < count) count = len; copy_to_user(buf, data, count+1); return count; }
1.4 Linux设备驱动代码的分布
• ～/block • ～/char • ～/cdrom • ～/pci • ～/scsi • ～/net • ～/sound 注：IDE接口的CD驱动位于drivers/block/ide-cd.c中， 而SCSI CD驱动位于drivers/scsi/scsi.c中
– 创建一个xsbase.c文件，其中包含一些必要的 头文件、宏和全局变量
编写简单的驱动程序（3）
• 主要接口函数
– file_operations{ }结构的实例
static struct file_operations chr_fops = { read: xsbase_read, write: xsbase_write, open: xsbase_open, release: xsbase_release, };
1.5 Linux设备驱动程序的特点
• 设备驱动是内核的一部分，影响内核稳定 • 为内核或其从属子系统提供一个标准接口 • 使用标准的内核服务如内存分配、中断和等待队 列等 • 大多数Linux设备驱动可以动态可加载 • Linux设备驱动程序可配置 • 驱动程序维护其控制的设备，该设备即使不存在 也不影响系统的运行，此时设备驱动只是占用少 量系统内存，不会对系统造成什么危害
Linux
应用程序 设备驱动 硬件设备
内核态
驱动程序结构
1.1 Linux设备的分类
• 字符设备
– – – – –
– – – –
以字节为单位逐个进行I/O操作 字符设备中的缓存是可有可无 不支持随机访问 如串口设备/dev/cua0和/dev/cua1 回忆： minicom –s里面有ttys0, ttys1等
编写简单的驱动程序（2）
• 2)主要数据结构和全局变量
– 系统～fs/devices.c的struc device_struct结构
struct device_struct { const char * name; struct file_operations * fops; }; static struct device_struct chrdevs[MAX_CHRDEV];
struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
/include/linux/fs.h
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
设备的使用
• 统一访问接口 • 访问普通文件的方式： open，read，
write。。。。
编写简单的驱动程序（1）
• 1) 任务： 在XSBase开发板上编写一个简单的字符设 备驱动程序。该字符设备具备4个基本操作： xsbase_open()、xsbase_write()、 xsbase_read() 、xsbase_release()，实现 向这个新建的字符设备先写入一些数据， 然后再从这个设备中读取这些数据。
• Linux内核将通过file_operations结构访问驱 动程序提供的函数 • 字符设备的读写直接使用函数read( )和 write( ) • 块设备需要调用函数block_read( )和 block_write( ) • ioctl( )的用法与具体设备密切关联，因此需 要根据设备的实际情况进行具体分析
编写简单的驱动程序（7）
• 3)模块加载:是两种将驱动加入内核的方式之一
– 编写init_module()
…… res = register_chrdev(0, "xsbase", &chr_fops); …… if(xsbase_major == 0) xsbase_major = res;
– 编写cleanup_module()
…… unregister_chrdev(xsbase_major, "xsbase"); ……
• 3)另外一种加载模块的方法
– 编写int __init xsbase_init(void) – 编写static void __exit xsbase_exit(void) – 并且加入两个宏：
• module_init(xsbase_init); • module_exit(xsbase_exit);
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
• 系统调用是操作系统内核和应用程序之间 的接口 • 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件 之间的接口 • Linux设备驱动的特点是可以以模块的形式 加载各种设备类型 • 因为嵌入式设备往往具有大量的独有外设， 开发人员需要把很多精力放在设备驱动方 面
基本概念
设备文件 设备驱动 设备

用户态
重点大学计算机专业系列教材
嵌入式系统 开发原理与实践
陈文智 等 编著
清华大学出版社
提纲
• • • • • • 1、Linux下设备驱动程序简介 2、设备驱动程序结构 3、编写一个简单的驱动程序 4、Linux 2.4与Linux 2.6的区别 5、实验说明 6、常用驱动模块
1、Linux下设备驱动程序简介
1.3 主设备号和次设备号
• 主设备号：标识该设备的种类，也标识了 该设备所使用的驱动程序 • 次设备号：标识使用同一设备驱动程序的 不同硬件设备 • 所有已经注册（即已经加载了驱动程序） 的硬件设备的主设备号可以从/proc/devices 文件中得到 • [root@wzchent]# mknod /dev/lp0 Linux的设备驱动程序与外界的接口可以分成三部 分：
– 与操作系统内核的接口 – 与系统引导的接口 – 与设备的接口
• Linux设备驱动程序的代码结构大致可以分为如下 几个部分：
– 驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的 读写操作、设备的控制操作、设备的中断和轮询处理。
2.3 设备的轮询和中断处理
• 轮询
– 内核定期对设备的状态进行查询 – 消耗不少的内核资源 – 如果设备驱动被连接进入内核，这时使用轮询方式将 会带来灾难性的后果
• 中断
– 设备驱动向内核注册其使用的中断 – 内核负责把硬件产生的中断传递给相应的设备驱动 – 设备驱动在其中断处理过程中做得越少越好
2.1驱动程序的注册与注销
• 注册
– register_chrdev( )；//在～fs/devices.c – register_blkdev( )；//在～fs/block_dev.c
• 注销
– unregister_chrdev( ) – unregister_blkdev( )
2.2 打开、释放、读、写、控制等
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
注：这种结构的声明方法是一种标记化格式声明， 便于移植。
编写简单的驱动程序（4）
– xsbase_open()和xsbase_release()
static int xsbase_open(struct inode *inode, struct file *file) { MOD_INC_USE_COUNT; printk("This chrdev is opened!\n"); return 0; } static int xsbase_release(struct inode *inode, struct file *file) { MOD_DEC_USE_COUNT; printk("this chrdev is released!\n"); return 0; }
• 如何查看设备驱动所对应的中断号及类型 ？
– 查看/proc/interrupts文件！
字符设备管理
通过内核管理chrdevs[MAX_CHRDEV] 内核的定义：
struct device_struct { const char * name; struct file_operations * fops; }; static struct device_struct chrdevs[MAX_CHRDEV];
块设备的存取是通过buffer、cache来进行 可以进行随机访问 例如IDE硬盘设备/dev/hda 可以支持可安装文件系统