第8章 嵌入式设备驱动程序设计(新)1

4、设备驱动程序加载与卸载的 工作过程
8.1.4 设备驱动程序的功能接口 函数模块
一个设备驱动程序模块包含有 5个部分的功能接口函数：
• • • • • (1)驱动程序的注册与释放； (2)设备的打开与关闭； (3)设备的读写操作； (4)设备的控件操作； (5)设备的中断或轮询处理。
1、设备驱动程序的注册与释放
4、加载驱动程序
• 使用insmod命令加载驱动程序。 # insmod demo_drv.o
5、卸载驱动程序
• 使用rmmod命令卸载驱动程序。 # rmmod demo_drv
6、编写用户测试程序
【例8-3】编写一个调用设备驱动程 序功能接口的用户程序。
• 源程序见教材， • 将其保存文件为：test_driver.c 。 • 用arm-linux-gcc对在宿主机上测试， 则用gcc编译）。 # arm-linux-gcc –o test_demo_drv test_driver.c
第8章 嵌入式设备驱动程序设计
本章要点
• 1、设备驱动程序基础知识 • 2、设备驱动程序设计
8.1嵌入式设备驱动程序基础
8.1.1
设备驱动程序概述
1、设备文件
• 设备文件分为三类：字符设备文件、 块设备文件和网络接口设备文件。
2、内核空间和用户空间
• 内核主要负责操作系统最基本的内存管理、 进程调度和文件管理以及虚拟内存、需求 加载、TCP/IP网络功能等。 • 内核空间和用户空间分别引用不同的内存 映射，也就是程序代码使用不同的地址空 间。
3、设备驱动程序和用户应用程序
• 设备驱动程序可以理解为操作系统的一部 分，它的作用就是让操作系统能正确识别 和使用设备。
• 嵌入式Linux内核采用可加载的模块化设计 方式，也就是将最基本的核心代码编译在 内核中，其他的代码可以则编译成内核的 模块文件。
对设备进行访问和操作的程序由 两部分组成，即： 设备驱动程序＋用户应用程序。
• 在设备驱动程序中，由接口函数read( )和 write( )完成字符设备的读写操作。函数 read( )和write( )的主要任务就是把内核空 间的数据复制到用户空间，或者从用户空 间把数据复制到内核空间。
4、设备的控制操作
• 在设备驱动程序中，接口函数ioctl( )主要 用于对设备进行读写之外的其他控制操作。 函数ioctl( )的操作与设备密切相关。比如， 串口的传输波特率、马达的转速等等，这 些操作一般无法通过read( )和write( )操作 来完成。 • 在用户空间ioctl函数的定义为： int ioctl(int fd, ind cmd, …)；
4、编译和运行程序
• (1)编译用户应用程序： # arm-linux-gcc –o data_app data_app.c • (2)编译设备驱动程序： # make • (3)将上述编译后的用户应用程序及设备驱 动程序下载到嵌入式系统开发板上。 • (4)在开发板的/dev目录下，建立设备入口 点： • # mknod /dev/data_drv c 104 0
5、设备中断与设备循环查询处理
• 在设备驱动程序的初始化模块中还定义了 设备中断。设备驱动程序通过调用 request_irq( )函数来申请中断，并通过中 断信息将中断号和中断服务联系起来。中 断使用结束，可以通过调用free_irq( )函数 来释放中断。
8.1.5 设备驱动程序重要的数据 结构体
# mknod /dev/demo_drv c 98 0
2、检查设备进入点是否创建成功
• # ls -l /dev |grep demo_drv
3、编写Makefile文件
• 编写Makefile文件,然后使用make命令编译。 • # make gcc –D_KERNEL_ -DMODULE –I /usr/src/linux/include demo_drv.c -o demo_drv.o
• 设备驱动程序运行在内核空间，而用户应 用程序则运行在用户空间。嵌入式操作系 统通过系统调用和硬件中断来完成从用户 空间到内核空间的控制转移 。
8.1.2
设备驱动程序的框架
【例8-1】最简单的驱动程序。
• • • • • • • • • • • • • #include <linux/module.h> #include < linux/kernel.h> int init_module(void) { printk("Hello,Test_drv [ ---kernel---]\n"); return 0; } void cleanup_module(void) { printk("Goodbye Test_drv [ ---kernel---]\n"); } module_init(init_module); module_exit(cleanup_module);
• 字符设备的注册函数为： • devfs_register_chrdev(Demo_ID, "demo_drv", &Test_ctl_ops); • 从本质上来说，设备注册的过程，其实就是将设 备驱动程序与该设备的设备号及设备名(设备进入 点)相关联。 • 将不需要的资源及时释放是一个良好的设计习惯。 释放设备资源只需要调用函数： • devfs_unregister_chrdev (Demo_ID, "demo_drv" );
(1) 创建设备进入点
• • • • • 创建设备进入点的命令格式为： mknod /dev/xxx type major minor 其中： xxx为设备名； type为设备类型，若为字符设备，则为c， 若为块设备，则为b； • major和minor分别为主设备号、次设备号。
(2) 查看设备进入点
2、设备的打开与关闭
• (1) open( )函数 • 在设备驱动程序中，设备的打开操作由功 能接口函数open( )完成。它主要提供驱动 程序初始化的能力，为以后对设备进行I/O 操作做准备。 • （2）release( )函数 • release( )函数是释放设备的接口。
3、设备的读写操作
8.2 设备驱动程序设计
【例8-2】一个简单的字符型设备驱 动程序。
• （原程序详见教材，我们将其保存为： demo_drv.c文件。 ）
8.2.2 编译和加载驱动程序
1、创建设备进入点
• 使用mknod命令在文件系统中创建设备进 入点(设备文件)。 由于在设备驱动程序中 已经定义其主设备号为98，次设备号没有 定义，故取默认值0。
• 查看设备进入点是否创建成功，命令的一 般格式为： • ls -l /dev |grep 设备名
3、加载设备驱动程序
• （1）加载设备驱动程序的一般格式为： insmod < 设备驱动程序.o > • （2）要察看当前加载了哪些设备驱动程序 则使用下列命令： lsmod -l • （3）若要卸载驱动程序，则使用命令： rmmod < 设备驱动程序.o >
3、编写makefile文件
• • • • • • • • • • • • KERNELDIR=/usr/src/linux-2.4.20-8 INCLUDEDIR=$(KERNELDIR)/include CROSS_COMPILE=arm-linuxCC=$(CROSS_COMPILE)gcc CFLAGS+=-I.. CFLAGS+=-Wall –O –D_KERNEL_ –DMODULE –I $(INCLUDEDIR) TARGET=data_drv.o all:$(TARGET) data_drv.o:data_drv.c $(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@ clean: rm -f *.o *~ core .depend
本章小结
• 在嵌入式系统的设计中，设备驱动程序设计是很 重要的一个内容。设备驱动程序是用户应用程序 与硬件之间的一个中间软件层。本章首先介绍了 设备驱动程序所需要的一些基本概念，设备驱动 程序的基本结构框架。介绍了如何创建设备入口 点及加载设备驱动程序，介绍了设备驱动程序的 主要功能接口模块。接着介绍了用一个最简单的 示例来讲述设备驱动程序及用户应用程序的设计 方法。最后，以在内核空间进行数据处理为例， 讲解了设备驱动程序与用户应用程序之间数据传 递的设计方法。
• 用户应用程序调用设备的功能都是在设备 驱动程序中定义的，也就是设备驱动程序 中所定义的功能入口点函数（或称为功能 接口函数）。这些设备的功能接口函数都 被定义在 <include/linux/fs.h> 中的数据结 构体里面。 struct file_operations{ }； struct inode{ }； struct file{ }；
8.1.3 设备驱动程序的加载过程
1、设备号
• 嵌入式Linux系统通过设备号来区分不同设 备。设备号分为主设备号和次设备号。内 核通过主设备号将设备与相应的驱动程序 对应起来。主设备号的取值范围是0～255。 当一个驱动程序要控制若干个设备时，就 要用次设备号来区分它们。
2、设备进入点
• 对每个设备都要定义一个设备进入点，该 设备进入点的名称则称为设备名。设备进 入点又称为设备文件。 • 如果设备注册成功，则设备名就会写入到 /proc/devices文件中。 • 对于设备进入点(设备文件)，可以象操作磁 盘上的普通文件一个，进行删除(rm)、移 动(mv)和复制(cp)等操作。
设备驱动程序特点：
• (1)内核代码：设备驱动程序是内核的一部 分，如果设备驱动程序出错，则有可能导 致系统崩溃。 • (2)内核接口：设备驱动程序必须为内核或 者其子系统提供一个标准接口 • (3)可动态装载：大多数嵌入式Linux设备驱 动程序都可以在需要时动态地装载进内核， 在不需要时从内核中卸载。