Linux设备驱动程序简介
linux 驱动的 ioctl 详细说明
linux 驱动的 ioctl 详细说明【实用版】目录1.驱动概述2.ioctl 的作用3.ioctl 的参数4.ioctl 的返回值5.ioctl 的错误码6.设备相关的 ioctl 调用7.总结正文1.驱动概述在 Linux 系统中，驱动程序是一种特殊的程序，它们用于控制和管理硬件设备。
驱动程序通过系统调用接口与操作系统内核进行交互，以实现对硬件设备的控制和管理。
在 Linux 中，声卡驱动程序是一个重要的驱动程序类型，它用于控制和管理声卡设备。
2.ioctl 的作用ioctl（input/output control）是 Linux 系统中的一个重要系统调用，它用于实现对设备驱动程序的控制和管理。
ioctl 函数通过传递特定的参数，可以实现对设备进行配置、控制和查询等操作。
对于声卡驱动程序来说，ioctl 函数可以用于实现对声卡设备的各种控制和管理操作。
3.ioctl 的参数ioctl 函数的参数主要包括两个部分：一个是设备文件描述符，它是通过 open、create 等系统调用创建的；另一个是参数缓冲区，它用于存储 ioctl 函数所需的参数。
此外，ioctl 函数还可能需要一些其他参数，具体取决于所使用的设备类型和操作。
4.ioctl 的返回值ioctl 函数的返回值表示函数执行的结果。
如果函数执行成功，则返回 0；如果发生错误，则返回 -1，并设置相应的错误码。
错误码可以通过 errno 系统变量获取。
5.ioctl 的错误码ioctl 函数返回的错误码可以用来判断函数执行是否成功。
常见的错误码包括：- EINVAL：无效的参数。
- EIO：设备 I/O 错误。
- EAGAIN：设备繁忙，需要重试。
- ENODEV：指定的设备不存在。
- ENOENT：指定的设备文件描述符无效。
6.设备相关的 ioctl 调用不同的设备类型可能需要使用不同的 ioctl 函数进行控制和管理。
对于声卡设备，常见的 ioctl 调用包括：- audio_ioctl：用于实现对声卡设备的音频输入输出控制。
Linux下I2C驱动介绍
1、I2C概述I2C是philips公司提供的外设总线，I2C有两条数据线，一条是串行数据线SDA、一条是时钟线SCL，使用SDA和SCL实现了数据的交换，便于布线。
I2C总线方便用在EEPROM、实时钟、小型LCD等与CPU外部的接口上。
2、Linux下的驱动思路Linux系统下编写I2c驱动主要有两种方法：一种是把I2C当做普通字符设备来使用；另一种利用Linux下驱动的体系结构来实现。
第一种方法：优点：思路比较直接，不用花费大量时间去了解Linux系统下I2C体系结构缺点：不仅对I2C设备操作要了解，还有了解I2C的适配器操作不仅对I2C设备器和设备操作需要了解，编写的驱动移植性差，内核提供的I2C设备器都没有用上。
第二种方法：第一种的优点就是第二种的缺点，第一种的缺点就是第二种的优点。
3、I2C框架概述Linux的I2C体系结构分为3部分：1）I2C核心I2C核心提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册和注销的方法，I2C 通信方法（algorithm）上层，与具体适配器无关的代码，检测设备上层的代码等。
2）I2C总线驱动I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可以直接受CPU来控制。
3）I2C设备驱动I2C设备驱动是对I2C硬件体系结构中设备端的实现，设备端挂在受CPU控制的适配器上，通过I2C适配器与CPU交换数据。
Linux下的I2C体系结构：1）Linux下的I2C体系结构4、I2C设备驱动编写方法首先让我们明白适配器驱动的作用是让我们能够通过它发出标准的I2C时序，在linux内核源代码中driver/I2C/buss包含一些适配器的驱动，例如s3c2410的驱动I2C-s3c2410.c,适配器被加载到内核中，接下的任务就是实现设备驱动的编写。
编写设备驱动的方法主要分为两种方法：第一种：利用设备提供的I2C-dev.c来实现I2C适配器设备文件，然后通过上层应用程序来操作I2C设备器来控制I2C设备。
设备驱动程序简介
设备驱动程序简介1.设备驱动程序的作⽤从⼀个⾓度看，设备驱动程序的作⽤在于提供机制，⽽不是策略。
在编写驱动程序时，程序猿应该特别注意以下这个基本概念：编写訪问硬件的内核代码时，不要给⽤户强加不论什么特定策略。
由于不同的⽤户有不同的需求，驱动程序应该处理如何使硬件可⽤的问题。
⽽将如何使⽤硬件的问题留给上层应⽤程序。
从还有⼀个⾓度来看驱动程序。
它还能够看作是应⽤程序和实际设备之间的⼀个软件层。
总的来说，驱动程序设计主要还是综合考虑以下三个⽅⾯的因素：提供给⽤户尽量多的选项、编写驱动程序要占⽤的时间以及尽量保持程序简单⽽不⾄于错误丛⽣。
2.内核功能划分Unix系统⽀持多进程并发执⾏。
每⼀个进程都请求系统资源。
内核负责处理全部这些请求，依据内核完毕任务的不同，可将内核功能分为例如以下⼏部分：1.进程管理：负责创建和销魂进程。
并处理它们和外部世界之间的连接。
内核进程管理活动就是在单个或多个CPU上实现了多个进程的抽象。
2.内存管理：内存是计算机的主要资源之中的⼀个，⽤来管理内存的策略是决定系统系能的⼀个关键因素。
3.⽂件系统：内核在没有结构的硬件上构造结构化的⽂件系统。
⽽⽂件抽象在整个系统中⼴泛使⽤。
4.设备控制：差点⼉每个系统操作终于都会映射到物理设备上。
5.⽹络功能：⽹络功能也必须由操作系统来管理，系统负责在应⽤程序和⽹络接⼝之间传递数据包，并依据⽹络活动控制程序的运⾏。
全部的路由和地址解析问题都由内核处理。
可装载模块：Linux有⼀个⾮常好的特性：内核提供的特性可在执⾏时进⾏扩展。
可在执⾏时加⼊到内核的代码被称为“模块”。
Linux内核⽀持⼏种模块类型。
包含但不限于设备驱动程序。
每⼀个模块由⽬标代码组成，能够使⽤insmod程序将模块连接到正在执⾏的内核，也能够使⽤rmmod程序移除连接。
3.设备和模块的分类Linux系统将设备分成三个基本类型：字符设备、块设备、⽹络接⼝。
1.字符设备：字符设备驱动程序通常⾄少要实现open、close、read和write系统调⽤。
LINUX设备驱动程序(4)
协议简介
对于网络的正式介绍一般都采用 OSI （Open Systems Interconnection）模型， 但是Linux 中网络栈的介绍一般分为四层的 Internet 模型。
协议栈层次对比
OSI七层网络模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
Linux TCP/IP 四层概念模型
网络协议
网络协议层用于实现各种具体的网络协议， 如： TCP、UDP 等。
设备无关接口
设备无关接口将协议与各种网络设备驱动连接在一起。 这一层提供一组通用函数供底层网络设备驱动程序使用，让 它们可以对高层协议栈进行操作。
首先，设备驱动程序可能会通过调用 register_netdevice 或 unregister_netdevice 在内核中 进行注册或注销。调用者首先填写 net_device 结构，然后 传递这个结构进行注册。内核调用它的 init 函数（如果定义 了这种函数），然后执行一组健全性检查，并将新设备添加 到设备列表中（内核中的活动设备链表）。
驱动程序
网络栈底部是负责 管理物理网络设备 的设备驱动程序。
第二节 网卡驱动程序设计
设备注册
设备描述：
每个网络接口都由一个 net_device结构来描述
注册： 网络接口驱动的注册方式与字符驱动不同之处在于 它没有主次设备号，并使用如下函数注册。
int register_netdev(struct net_device *dev）
Linux网络子系统架构
Linux协议架构
Linux 网络子系统的顶部是系统调用接口。它为用 户空间的应用程序提供了一种访问内核网络子系统 的方法。位于其下面的是一个协议无关层，它提供 了一种通用方法来使用传输层协议。然后是具体协 议的实现，在 Linux 中包括内嵌的协议 TCP、 UDP，当然还有 IP。然后是设备无关层，它提供了 协议与设备驱动通信的通用接口，最下面是设备驱 动程序。
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。
利用这个机制“模块”(module)。
利用这个机制，可以)。
利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。
正是这种机制，走已经安装的模块。
正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。
和可扩充性。
内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。
严格来说，卸载的内核软件。
严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。
密切相关的部分(如文件系统等)。
课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。
且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。
(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。
)。
linux驱动开发知识点总结
linux驱动开发知识点总结Linux驱动开发是指在Linux操作系统下开发和编写设备驱动程序的过程。
Linux作为一种开源操作系统，具有广泛的应用领域，因此对于驱动开发的需求也非常重要。
本文将从驱动程序的概念、驱动开发的基本步骤、常用的驱动类型以及驱动开发的注意事项等方面进行总结。
一、驱动程序的概念驱动程序是指控制计算机硬件和软件之间通信和交互的程序。
在Linux系统中，驱动程序负责与硬件设备进行交互，实现对硬件的控制和管理。
二、驱动开发的基本步骤1. 确定驱动的类型：驱动程序可以分为字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动等。
根据具体的硬件设备类型和需求，选择合适的驱动类型。
2. 编写设备注册函数：设备注册函数用于向系统注册设备，使系统能够识别和管理该设备。
3. 实现设备的打开、关闭和读写操作：根据设备的具体功能和使用方式，编写设备的打开、关闭和读写操作函数。
4. 实现设备的中断处理：如果设备需要进行中断处理，可以编写中断处理函数来处理设备的中断请求。
5. 编写设备的控制函数：根据设备的需求，编写相应的控制函数来实现对设备的控制和配置。
6. 编译和安装驱动程序：将编写好的驱动程序进行编译，并将生成的驱动模块安装到系统中。
三、常用的驱动类型1. 字符设备驱动：用于控制字符设备，如串口、打印机等。
字符设备驱动以字符流的方式进行数据传输。
2. 块设备驱动：用于控制块设备，如硬盘、U盘等。
块设备驱动以块为单位进行数据传输。
3. 网络设备驱动：用于控制网络设备，如网卡。
网络设备驱动实现了数据包的收发和网络协议的处理。
4. 触摸屏驱动：用于控制触摸屏设备，实现触摸操作的识别和处理。
5. 显示驱动：用于控制显示设备，实现图像的显示和刷新。
四、驱动开发的注意事项1. 熟悉硬件设备的规格和寄存器的使用方法，了解硬件设备的工作原理。
2. 确保驱动程序的稳定性和可靠性，避免出现系统崩溃或死机等问题。
3. 对于需要频繁访问的设备，要考虑性能问题，尽量减少对硬件的访问次数。
linux驱动21页PPT
设备文件和设备驱动
设备文件和设备驱动
设备文件是文件系统上的一个 节点，是一种特殊的文件，叫 做设备文件。每个设备文件在 用户空间代表了一个设备。
设备文件一般存在/dev目录下， 用mknod命令创建。
/proc/ioports：查看设备的IO端口。 /proc/interrupts：查看正在使用的中断号。
构造和运行模块
Kernel Module的特点
模块只是预先注册自己以便服务于将来的某个请求，然后就立即 结束。
模块可以是实现驱动程序，文件系统，或者其他功能。 加载模块后，模块运行在内核空间，和内核链接为一体。
#include <linux/module.h>
int init_module(void) {
printk("<1>Hello, world\n"); return 0; } void cleanup_module(void) { printk("<1>Goodbye world\n"); }
简单的内核模块例子(2)
SUMMER TEMPLATE
linux驱动
Linux Kernel 系统架构图
设备驱动程序简介
驱动程序的特点
是应用和硬件设备之间的一个软件层 。
这个软件层一般在内核中实现
设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略， 编写访问硬件的内核代码时不要给用户强加任何策略
○ 机制：驱动程序能实现什么功能。
1version>/modules.dep文件，其中<kernel version>
LINUX设备驱动开发详解
LINUX设备驱动开发详解概述LINUX设备驱动开发是一项非常重要的任务，它使得硬件设备能够与操作系统进行有效地交互。
本文将详细介绍LINUX设备驱动开发的基本概念、流程和常用工具，帮助读者了解设备驱动开发的要点和技巧。
设备驱动的基本概念设备驱动是连接硬件设备和操作系统的桥梁，它负责处理硬件设备的输入和输出，并提供相应的接口供操作系统调用。
设备驱动一般由设备驱动程序和设备配置信息组成。
设备驱动程序是编写解决设备驱动的代码，它负责完成设备初始化、IO操作、中断处理、设备状态管理等任务。
设备驱动程序一般由C语言编写，使用Linux内核提供的API函数进行开发。
设备配置信息是定义硬件设备的相关参数和寄存器配置的文件，它告诉操作系统如何与硬件设备进行交互。
设备配置信息一般以设备树或者直接编码在设备驱动程序中。
设备驱动的开发流程设备驱动的开发流程包括设备初始化、设备注册、设备操作函数编写和设备驱动注册等几个主要步骤。
下面将详细介绍这些步骤。
设备初始化设备初始化是设备驱动开发的第一步，它包括硬件初始化和内存分配两个主要任务。
硬件初始化是对硬件设备进行基本的初始化工作，包括寄存器配置、中断初始化等。
通过操作设备的寄存器，将设备设置为所需的状态。
内存分配是为设备驱动程序分配内存空间以便于执行。
在设备初始化阶段，通常需要为设备驱动程序分配一块连续的物理内存空间。
设备注册设备注册是将设备驱动程序与设备对象进行关联的过程，它使得操作系统能够正确地管理设备。
设备注册包括设备号分配、设备文件创建等操作。
设备号是设备在系统中的唯一标识符，通过设备号可以找到设备对象对应的设备驱动程序。
设备号分配通常由操作系统负责，设备驱动程序通过注册函数来获取设备号。
设备文件是用户通过应用程序访问设备的接口，它是操作系统中的一个特殊文件。
设备文件的创建需要通过设备号和驱动程序的注册函数来完成。
设备操作函数编写设备操作函数是设备驱动程序的核心部分，它包括设备打开、设备关闭、读和写等操作。
设备驱动概述
设备驱动概述设备驱动简介及驱动模块操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备的，它为用户屏蔽了各种各样的设备，驱动硬件是操作系统最基本的功能，并且提供统一的操作方式。
设备驱动程序是内核的一部分，硬件驱动程序是操作系统最基本的组成部分，在Linux内核源程序中也占有60%以上。
因此，熟悉驱动的编写是很重要的。
Linux内核中采用可加载的模块化设计（LKMs，Loadable Kernel Modules），一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的，也就是将最基本的核心代码编译在内核中，其他的代码可以选择在内核中，或者编译为内核的模块文件。
常见的驱动程序也是作为内核模块动态加载的，比如声卡驱动和网卡驱动等，而Linux 最基础的驱动，如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、APM（高级电源管理）、VFS等驱动程序则直接编译在内核文件中。
有时也把内核模块叫做驱动程序，只不过驱动的内容不一定是硬件罢了，比如ext3文件系统的驱动。
因此，加载驱动时就是加载内核模块。
这里，首先列举一些模块相关命令。
∙lsmod列出当前系统中加载的模块，其中左边第一列是模块名，第二列是该模块大小，第三列则是该模块使用的数量。
如下所示：[root@www root]# lsmodModule Size Used byautofs 12068 0 (autoclean) (unused)eepro100 18128 1iptable_nat 19252 0 (autoclean) (unused)ip_conntrack 18540 1 (autoclean) [iptable_nat]iptable_mangle 2272 0 (autoclean) (unused)iptable_filter 2272 0 (autoclean) (unused)ip_tables 11936 5 [iptable_nat iptable_mangle iptable_filter] usb-ohci 19328 0 (unused)usbcore 54528 1 [usb-ohci]ext3 67728 2jbd 44480 2 [ext3]aic7xxx 114704 3sd_mod 11584 3scsi_mod 98512 2 [aic7xxx sd_mod]∙rmmod是用于将当前模块卸载。
Linux设备驱动程序课件(PPT 62页)
驱动程序中的内存分配
在Linux内核模式下，不能使用用户态的malloc() 和free()函数申请和释放内存。
内核编程最常用的内存申请和释放函数为 kmalloc()和kfree()，其原型为：
Linux设备驱动
广州嵌入式软件公共技术支持中心 梁老师
2007年07月
设备驱动概述
操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，它为 用户屏蔽了各种各样的设备,硬件设备的抽象。
设备驱动程序:处理和管理硬件控制器的软件。 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。
设备驱动概述
设备由两部分组成，一个是被称为控制器的电器部分， 另一个是机械部分。
设备驱动概述
Linux操作系统把设备纳入文件系统的范畴来管理。 文件操作是对设备操作的组织和抽象。设备操作则是
对文件操作的最终实现。 每个设备都对应一个文件名，在内核中也就对应一个
索引节点。 对文件操作的系统调用大都适用于设备文件。 从应用程序的角度看，设备文件逻辑上的空间是一个
一些重要的数据结构
文件操作结构体file_operations
结构体file_operations在头文件 linux/fs.h中定义， 用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作 的函数的指针。
结构体的每个域都对应着驱动模块用来处理某个被 请求的事务的函数的地址。
struct file_operations { struct module *owner; loff_t(*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t(*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t(*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 。。。
2-Linux驱动和内核模块编程
设备驱动的Hello World模块 设备驱动的 模块
模块卸载函数
static void __exit cleanup_function(void) { /* 释放资源 */ } module_exit(cleanup_function);
在模块被移除前注销接口并 释放所有所占用的系统资源
标识这个代码是只用于模块卸载( 标识这个代码是只用于模块卸载 通过使编译器把它放在 特殊的 ELF 段) 原型： 原型：#define __exit __attribute__ ((__section__(“.exit.text”)))
查看已加载模块
lsmod cat /proc/modules.
卸载驱动模块 卸载模块
从内核中卸载模块可以用rmmod工具.
注意，如果内核认为该模块任然在使用状态， 注意，如果内核认为该模块任然在使用状态，或 者内核被禁止移除该模块，则无法移除该模块。 者内核被禁止移除该模块，则无法移除该模块。
内核打印函数
隐藏硬件细节，提高应用软件的可移植性 提供安全性 开发模式 内核态驱动 用户态驱动
提供机制，而不是提供策略
机制：驱动程序能实现什么功能 策略：用户如何使用这些功能
设备的分类和特点Biblioteka 设备分类字符设备(char device) 字符设备 块设备(block device) 块设备 网络设备(network device) 网络设备
MODULE_LICENSE()---模块许可证声明 模块许可证声明
模块许可证（LICENSE）声明描述内核模块的许可权限 如果不声明LICENSE,模块被加载时，将收到内核被污染（kernel tainted）的警告
动手写一个内核模块
linux驱动基础知识
1.驱动程序:使硬件工作的软件驱动程序为操作硬件提供良好内部接口驱动程序为应用程序提供了访问设备的机制2.字符设备字符设备是一种按字节来访问的设备，字符驱动则负责驱动字符设备，这样的驱动通常实现open, close, read和write 系统调用。
顺序访问3.块设备只能一次传送一个或多个长度是512字节( 或一个更大的2 次幂的数)的整块数据。
块和字符设备的区别仅仅是驱动的与内核的接口不同。
随机访问4.块(block)设备和字符(character)设备的区别块设备有缓冲，因此能选择响应请求的顺序以提高性能，读的时候是一块一块的读。
块设备能随机访问。
存储设备一般是块设备。
字符设备没有缓冲，按顺序读取。
比如键盘，鼠标都是字符设备。
大多数设备都是字符设备，因为大多数设备都不需要块设备类型的缓冲。
5.网络接口任何网络事务都通过一个接口来进行, 一个接口通常是一个硬件设备(eth0), 但是它也可以是一个纯粹的软件设备, 比如回环接口（lo）。
一个网络接口负责发送和接收数据报文。
6.Linux内核功能的划分1)进程管理内核负责创建和销毁进程, 并处理它们与外部世界的联系(输入和输出). 不同进程间通讯(通过信号, 管道, 或者进程间通讯)对整个系统功能来说是基本的, 也由内核处理. 另外, 调度器, 控制进程如何共享CPU, 是进程管理的一部分. 更通常地, 内核的进程管理活动实现了多个进程在一个单个或者几个CPU 之上的抽象.2)内存管理计算机的内存是主要的资源, 处理它所用的策略对系统性能是至关重要的. 内核为所有进程的每一个都在有限的可用资源上建立了一个虚拟地址空间. 内核的不同部分与内存管理子系统通过一套函数调用交互, 从简单的malloc/free 对到更多更复杂的功能. 3)文件系统Unix 在很大程度上基于文件系统的概念; 几乎Unix 中的任何东西都可看作一个文件. 内核在非结构化的硬件之上建立了一个结构化的文件系统, 结果是文件的抽象非常多地在整个系统中应用. 另外, Linux 支持多个文件系统类型, 就是说, 物理介质上不同的数据组织方式. 例如, 磁盘可被格式化成标准Linux 的ext3 文件系统, 普遍使用的FAT 文件系统, 或者其他几个文件系统.4)设备控制几乎每个系统操作最终都映射到一个物理设备上. 除了处理器, 内存和非常少的别的实体之外, 全部中的任何设备控制操作都由特定于要寻址的设备相关的代码来进行. 这些代码称为设备驱动. 内核中必须嵌入系统中出现的每个外设的驱动, 从硬盘驱动到键盘和磁带驱动器5)网络网络必须由操作系统来管理, 因为大部分网络操作不是特定于某一个进程: 进入系统的报文是异步事件. 报文在某一个进程接手之前必须被收集, 识别, 分发. 系统负责在程序和网络接口之间递送数据报文, 它必须根据程序的网络活动来控制程序的执行. 另外, 所有的路由和地址解析问题都在内核中实现7.驱动程序的两大任务作为系统调用的一部分而执行，运行在进程上下文。
第八章-嵌入式系统设计与应用—基于ARM...和Linux(第2版)-王剑-清华大学出版社
struct resource * __request_region(struct resource *, resource_size_t start, resource_size_t n, const char *name, int
这两种方式在硬件实现上的差异对软件来说是完全可见的。
2. 并发控制 在驱动程序中经常会出现多个进程同时访问相同的 资源时可能会出现竞态（race condition）,即竞争资 源状态，因此必须对共享资料进行并发控制。Linux 内核中解决并发控制最常用的方法是自旋锁 （spinlocks）和信号量（semaphores）。
1. 内存与 I/O 端口 编写驱动程序大多数情况下其本质都是对内存和 I/O 端口的操 作。 （1） 内存
Linux通常有以下几种地址 类型： 用户虚拟地址 物理地址 总线地址 内核逻辑地址 内核虚拟地址
（2）I/O 端口
有两个重要的内核调用可以保证驱动程序使用正确的端口，它 们定义在 include/linux/ioport.h 中。
8.1.1 Linux 设备驱动程序分类
1. 字符设备 字符设备是传输数据以字符为单位进行的设备，字符设备驱动 程序通常实现open、close、read和write等系统调用函数，常见 的字符设备有键盘、串口、控制台等。通过文件系统节点可以 访问字符设备，例如/dev/tty1和/dev/lp1。字符设备和普通文件 系统之间唯一的区别是普通文件允许往复读写，而大多数字符 设备驱动仅是数据通道，只能顺序读写。此外，字符设备驱动 程序不需要缓冲且不以固定大小进行操作，它与用户进程之间 直接相互传输数据。
Linux设备驱动程序DF
Linux设备驱动程序
04/05/2006 应忍冬
内容
• • • • • • • • • 设备分类 设备驱动程序的框架 字符型设备 网络设备 文件系统
– User Spacuffer例子和使用 Debug原理和Debug方法 常用设备/fb/ram/loopback/zero
设备驱动程序内访问设备地址
• 设备驱动程序可以通过指针访问设备地址 • 设备驱动程序接触到的还是虚拟地址，但 对于外界设备有固定的设备地址映射（设 备的地址在移植Linux时候确定） 设备驱动程序
虚拟地址映射
设备地址映射
设备驱动程序
虚拟地址映射
设备地址映射
物理内存地址空间
设备地址空间
直接访问IO端口 vs 设备驱动程序
设备驱动程序的任务
• • • • 设备初始化 硬件操作和管理 外部硬件和内核空间的数据传递 内核空间和用户空间的数据传递
设备驱动程序的功能
用 户 空 间 内 核 空 间
用户程序
程序
用户态程序 vs 内核态程序
用户程序 • 权限受限 • 虚拟运行环境
–逻辑地址 –关键资源访问受监管
内核程序 • 最高权限 • 实际的运行环境
生成o文件
设备装载和设备文件建立
• chmod +x /tmp/LED.o • /sbin/insmod -f ./LED.o • cat /proc/devices得到装入内核的主 设备号 • mknod /dev/Lamp c Num1 Num2 Num1为主设备号 Num2为次设备号 强制安装，忽略版本检查
Linux系统分析——devicedrivers
kfree_s()
设备号由主、次设备号拼接而成。
#define MAJOR(dev) ((dev)>>8) #define MINOR(dev) ((dev)&0xff)
辅助函数——设备的注册和注销
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
ISA VESA EISA PCI
驱动程序基础——命名空间
并行设备：lp
软盘：fd SCSI盘：sd IDE硬盘：hda1, hda2, hdb等 网络设备：ethn, slipn, pppn等 在写驱动程序的时候，需要给函数名加 上选择的前缀来避免任何混淆。如： foo_read()，foo_write()等。
驱动程序基础——中断vs轮询
工作机制的区别
编程上的区别：
UNIX的系统调用：执行模式的改变 内核模式下的进程访问进程原来所在的用户空间的存 储：get_fs_*()和memcpy_fromfs()读用户空间， put_fs_*()和memcpy_tofs()写入用户空间内存。在进程 运行时调用，不需要考虑地址的问题。 在中断发生时，这些宏不能使用。因为它们可能覆盖 其他运行着的进程的随机空间。必须提供临时空间存 放信息。 对于块设备，由cache缓冲机制自动提供；字符设备需 要驱动程序分配。
ioctl()函数：处理ioctl调用。
结构：首先差错检查，然后用一个大的switch语句来处
理所有可能的ioct。
参数：
Struct inode *inode Struct file *file Unsigned int cmd ：ioctl命令。一般用于做case语句的 switch参数。 Unsigned int arg 这是此命令的参数，由用户定义。
Linux设备驱动开发详解-第6章字符设备驱动（一）-globalmem
Linux设备驱动开发详解-第6章字符设备驱动（⼀）-globalmem1 驱动程序设计之前奏 (2)1.1 应⽤程序、库、内核、驱动程序的关系 (2)1.2 设备类型 (2)1.3 设备⽂件 (2)1.4 主设备号和从设备号 (2)1.5 驱动程序与应⽤程序的区别 (3)1.6 ⽤户态与内核态 (3)1.7 Linux驱动程序功能 (3)2 字符设备驱动程序框架 (3)2.1 file_operations结构体 (4)2.2 驱动程序初始化和退出 (5)2.3 将驱动程序模块注册到内核 (5)2.4 应⽤字符设备驱动程序 (5)3 globalmem虚拟设备实例描述 (6)3.1 头⽂件、宏及设备结构体 (6)3.2 加载与卸载设备驱动 (6)3.3 读写函数 (8)3.4 seek()函数 (9)3.5 ioctl()函数 (10)3.6 globalmem完整实例 (12)4 测试应⽤程序 (17)4.1 应⽤程序接⼝函数 (17)4.2 应⽤程序 (18)5 实验步骤 (19)5.1 编译加载globalmem 模块 (19)5.2 编译测试应⽤程序 (20)6 扩展 (21)1 驱动程序设计之前奏㈠应⽤程序、库、内核、驱动程序的关系㈡设备类型㈢设备⽂件㈣主设备号与从设备号㈤驱动程序与应⽤程序的区别㈥⽤户态与内核态㈦Linux驱动程序功能1.1 应⽤程序、库、内核、驱动程序的关系■应⽤程序调⽤应⽤程序函数库完成功能■应⽤程序以⽂件形式访问各种资源■应⽤程序函数库部分函数直接完成功能部分函数通过系统调⽤由内核完成■内核处理系统调⽤，调⽤设备驱动程序■设备驱动直接与硬件通信1.2 设备类型■字符设备对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O操作⼀般紧接着发⽣■块设备块设备与之相反，它利⽤系统内存作为缓冲区■⽹络设备⽹络设备是⼀类特殊的设备，它不像字符设备或块设备那样通过对应的设备⽂件节点访问，也不能直接通过read或write进⾏数据访问请求1.3 设备⽂件■设备类型、主从设备号是内核与设备驱动程序通信时使⽤的■应⽤程序使⽤设备⽂件节点访问对应设备■每个主从设备号确定的设备都对应⼀个⽂件节点■每个设备⽂件都有其⽂件属性（c或者b）■每个设备⽂件都有2个设备号（后⾯详述）主设备号：⽤于标识驱动程序从设备号：⽤于标识同⼀驱动程序的不同硬件■设备⽂件的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号⼀致■系统调⽤是内核与应⽤程序之间的接⼝■设备驱动程序是内核与硬件之间的接⼝1.4 主设备号和从设备号■在设备管理中，除了设备类型外，内核还需要⼀对被称为主从设备号的参数，才能唯⼀标识⼀个设备■主设备号相同的设备使⽤相同的驱动程序■从设备号⽤于区分具体设备的实例例：PC的IDE设备，主设备号⽤于标识该硬盘，从设备号⽤于标识每个分区■在/dev⽬录下使⽤ll命令（ls -l）可以查看各个设备的设备类型、主从设备号等■cat /proc/devices可以查看系统中所有设备对应的主设备号1.5 驱动程序与应⽤程序的区别■应⽤程序以main开始■驱动程序没有main，它以⼀个模块初始化函数作为⼊⼝■应⽤程序从头到尾执⾏⼀个任务■驱动程序完成初始化之后不再运⾏，等待系统调⽤■应⽤程序可以使⽤GLIBC等标准C函数库■驱动程序不能使⽤标准C库1.6 ⽤户态与内核态■驱动程序是内核的⼀部分，⼯作在内核态■应⽤程序⼯作在⽤户态■数据空间访问问题★⽆法通过指针直接将⼆者的数据地址进⾏传递★系统提供⼀系列函数帮助完成数据空间转换get_userput_usercopy_from_usercopy_to_user1.7 Linux驱动程序功能■对设备初始化和释放■把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据■读取应⽤程序传送给设备⽂件的数据和回送应⽤程序请求的数据■检测和处理设备出现的错误2 字符设备驱动程序框架①Linux各种设备驱动程序都是以模块的形式存在的，驱动程序同样遵循模块编程的各项原则②字符设备是最基本、最常⽤的设备，其本质就是将千差万别的各种硬件设备采⽤⼀个统⼀的接⼝封装起来，屏蔽了不同设备之间使⽤上的差异性，简化了应⽤层对硬件的操作③字符设备将各底层硬件设备封装成统⼀的结构体，并采⽤相同的函数操作，如下等：open/close/read/write/ioctl④添加⼀个字符设备驱动程序，实际上是给上述操作添加对应的代码⑤Linux对所有的硬件操作统⼀做以下抽象抽象file_operations结构体规定了驱动程序向应⽤程序提供的操作接⼝struct file_operations ext2_file_operations ={.llseek = generic_file_llseek,.read = generic_file_read,.write = generic_file_write,.aio_read = generic_file_aio_read,.aio_write = generic_file_aio_write,.ioctl = ext2_ioctl,.mmap = generic_file_mmap,.open = generic_file_open,.release = ext2_release_file,.fsync = ext2_sync_file,.readv = generic_file_readv,.writev = generic_file_writev,.sendfile = generic_file_sendfile,};⑥⽤户态与内核态数据的交互⽤户应⽤程序与驱动程序分属于不同的进程空间，因此⼆者之间的数据应当采⽤以下函数进⾏交换long copy_to_user(kernel_buffer, user_buffer,n)//从内核空间拷贝n字节数据到⽤户空间copy_from_user(kernel_buffer, user_buffer,n)//从⽤户空间拷贝n字节数据到内核空间put_user(kernel_value, user_buffer)//从内核空间拷贝⼀数据变量到⽤户空间get_user(kernel_value, user_buffer)//从⽤户空间拷贝⼀数据变量到内核空间（内核空间数据可是任意类型）2.1 file_operations结构体⑴write函数■从应⽤程序接收数据送到硬件ssize_t (*write)(struct file*, const char __user *, size_t, loff_t*);⑵read函数■从硬件读取数据并交给应⽤程序ssize_t (*read)(struct file *, char __user *, size_t, loff_t*); /// 从设备中同步读取数据⑶ioctl函数■为应⽤程序提供对硬件⾏为的相关配置int (*ioctl)(struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);⑷open函数■当应⽤程序打开设备时对设备进⾏初始化■使⽤MOD_INC_USE_COUNT增加驱动程序的使⽤次数,当模块使⽤次数不为0时，禁⽌卸载模块Int (*open)(struct inode *, struct file*);⑸release函数■当应⽤程序关闭设备时处理设备的关闭操作■使⽤MOD_DEC_USE_COUNT减少驱动程序的使⽤次数，配合open使⽤，来对模块使⽤次数进⾏计数int (*release)(struct inode *, struct file*);⑹⑻⑻⑼⑽2.2 驱动程序初始化和退出①驱动程序初始化函数■Linux在加载内核模块时会调⽤初始化函数■在初始化函数中⾸先进⾏资源申请等⼯作■使⽤register_chrdev向内核注册驱动程序②驱动程序退出函数■Linux在卸载内核模块时会调⽤退出函数■释放驱动程序使⽤的资源■使⽤unregister_chrdev从内核中卸载驱动程序2.3 将驱动程序模块注册到内核内核需要知道模块的初始化函数和退出函数，才能将模块放⼊⾃⼰的管理队列中①module_init()向内核声明当前模块的初始化函数②module_exit()向内核声明当前模块的退出函数2.4 应⽤字符设备驱动程序㈠加载驱动程序■insmod 内核模块⽂件名■cat /proc/devices 查看当前系统中所有设备驱动程序及其主设备号㈡⼿动建⽴设备⽂件■设备⽂件⼀般建⽴/dev⽬录下■mknod ⽂件路径c [主设备号] [从设备号]㈢应⽤程序接⼝函数■编写应⽤层测试程序■可以使⽤标准C的⽂件操作函数来完成①int open(const char *path, int oflag,…);★打开名为path的⽂件或设备★成功打开后返回⽂件句柄★常⽤oflag：O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR②int close(int fd);★关闭之前被打开的⽂件或设备★成功关闭返回0，否则返回错误代号③ssize_t read(int fd, void *buffer, size_t count)★从已经打开的⽂件或设备中读取数据★buffer表⽰应⽤程序缓冲区★count表⽰应⽤程序希望读取的数据长度★成功读取后返回读取的字节数，否则返回-1④ssize_t write(int fd, void *buffer, size_t count）;★向已经打开的⽂件或设备中写⼊数据★buffer表⽰应⽤程序缓冲区★count表⽰应⽤程序希望写⼊的数据长度★成功写⼊后返回写⼊的字节数，否则返回-1④int ioctl(int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg);★向驱动程序发送控制命令★cmd：⽤来定义⽤户向驱动分配的命令例如G PF驱动中：设置指定管脚的⾼低电平、输⼊输出特性等为了规范化及错误检查常⽤_IO宏合成该命令：_IO(MAGIC, num) ★arg：配置命令参数配合cmd命令完成指定功能3 globalmem虚拟设备实例描述3.1 头⽂件、宏及设备结构体在globalmem字符设备驱动中，应包含它要使⽤的头⽂件，并定义globalmem设备结构体及相关宏。
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第一章Linux设备驱动程序简介Linux Kernel 系统架构图一、驱动程序的特点∙是应用和硬件设备之间的一个软件层。
∙这个软件层一般在内核中实现∙设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略，编写访问硬件的内核代码时不要给用户强加任何策略o机制：驱动程序能实现什么功能。
o策略：用户如何使用这些功能。
二、设备驱动分类和内核模块∙设备驱动类型。
Linux 系统将设备驱动分成三种类型o字符设备o块设备o网络设备∙内核模块：内核模块是内核提供的一种可以动态加载功能单元来扩展内核功能的机制，类似于软件中的插件机制。
这种功能单元叫内核模块。
∙通常为每个驱动创建一个不同的模块，而不在一个模块中实现多个设备驱动，从而实现良好的伸缩性和扩展性。
三、字符设备∙字符设备是个能够象字节流<比如文件）一样访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。
通过/dev下的字符设备文件来访问。
字符设备驱动程序通常至少需要实现 open、close、read 和 write 等系统调用所对应的对该硬件进行操作的功能函数。
∙应用程序调用system call<系统调用），例如：read、write，将会导致操作系统执行上层功能组件的代码，这些代码会处理内核的一些内部事务，为操作硬件做好准备，然后就会调用驱动程序中实现的对硬件进行物理操作的函数，从而完成对硬件的驱动，然后返回操作系统上层功能组件的代码，做好内核内部的善后事务，最后返回应用程序。
∙由于应用程序必须使用/dev目录下的设备文件<参见open调用的第1个参数），所以该设备文件必须事先创建。
谁创建设备文件呢？∙大多数字符设备是个只能顺序访问的数据通道，不能前后移动访问指针，这点和文件不同。
比如串口驱动，只能顺序的读写设备。
然而，也存在和数据区或者文件特性类似的字符设备，访问它们时可前后移动访问指针。
例如framebuffer设备就是这样一个设备，应用程序可以用mmap 或 lseek 访问图象的各个区域。
四、块设备∙块设备通常是按照块为单位来访问数据，比如一块为512字节。
∙块设备也是通过 /dev 目录下的文件系统节点来访问。
块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核和驱动程序的接口不同。
∙块设备除了给内核提供和字符设备一样的接口外，还提供了专门面向块设备的接口，块设备的接口必须支持挂装文件系统，通过此接口，块设备能够容纳文件系统，因此应用程序一般通过文件系统来访问块设备上的内容。
∙文件系统可能是除驱动程序外 Linux 系统中最重要的模块类型,与块设备驱动程序联系紧密。
五、网络设备驱动和网络接口∙网络设备驱动不同于字符设备和块设备，不在/dev下以文件节点为代表，而是通过单独的网络接口(eth0、eth1>来代表。
∙任何网络事务都要经过一个网络接口，即一个能够和其它主机交换数据的设备。
通常接口代表一个硬件设备(如网卡>，但也可能是个纯软件设备。
∙内核和网络驱动程序间的通讯完全不同于内核和字符设备以及块设备驱动程序之间的通信，内核调用一套和数据包传输相关的函数。
六、设备文件和设备驱动∙设备文件是文件系统上的一个节点，是一种特殊的文件，叫做设备文件。
每个设备文件在用户空间代表了一个设备。
∙设备文件一般存在/dev目录下，用mknod命令创建。
设备文件有主、次设备号与其关联。
∙设备文件是用户应用程序和设备驱动的接口。
应用程序一般只能通过设备文件来使用设备驱动的功能。
∙字符和块设备驱动必须有相应的设备文件来对应。
很明显，操作系统内部不可能用设备文件名来与物理设备及其驱动进行绑定。
其实，操作系统内部是用设备号来与物理设备及其驱动进行绑定的。
习惯上，用主设备号与驱动进行关联，用次设备号与具有相同驱动的不同物理设备关联<例如：2个硬盘）。
dennis@dennis-desktop:~$ ls -l /dev/sd[a-c]brw-rw---- 1 root disk 8, 0 2018-04-13 13:38 /dev/sdabrw-rw---- 1 root disk 8, 16 2018-04-13 13:38 /dev/sdbbrw-rw---- 1 root disk 8, 32 2018-04-13 13:38 /dev/sdc当用户程序运行open("/dev/ttyS0",…>时，由于设备文件/dev/ttyS0有一个设备号与其关联，因此操作系统可以获知应用程序想操控的设备的设备号，而操作系统内部又将设备号与物理设备及其驱动进行了绑定，因此操作系统就可以知道应该调用哪一个驱动去控制哪一个设备。
当然这一切的前提是，操作系统内部要将设备号与物理设备及其驱动进行绑定，那么操作系统内部是用什么手段完成这种绑定关系的呢？实际上，在操作系统内部存在一个结构体链表<就是上图中的Char device list，以后称它为设备链表），链表的每个节点代表一个绑定关系<也就是说：节点至少含有2个字段，1个用于记录设备号，另1个用于记录寻找驱动的信息，通常是一个指向驱动函数结构体的指针）。
那么是谁生成节点并将它链入链表的呢？当然是驱动程序！七、构造和运行模块1、Kernel Module的特点∙模块只是先注册自己以便服务于将来的某个请求，然后就立即结束。
∙模块可以是实现驱动程序，文件系统，或者其他功能。
∙加载模块后，模块运行在内核空间，和内核链接为一体。
2、模块与内核的接口函数<除掉read、write等功能函数）生成节点并将它链入设备链表这个操作由驱动中的函数实现，这些函数什么时机运行呢？当然最合适的时机是内核加载模块<insmod 模块）的时候。
∙函数 init_module：内核加载模块的时候调用。
主要功能是：为以后使用模块里的函数和变量预先做准备∙函数cleanup_module：模块的第二个入口点，内核在模块即将卸载之前调用它。
3、操作模块相关的命令∙insmod: 加载模块。
后面参数是模块文件名。
# insmod /lib/modules/hello.koHello, world∙rmmod：卸载模块。
后面参数是模块名称。
# rmmod helloGoodbye, cruel world∙lsmod：列出当前内核使用的模块。
或者查看/proc/modules文件。
∙depmod：扫描/lib/modules/<kernel version>/目录下的所有内核模块，从而给内核模块生成依赖文件。
o生成/lib/modules/<kernel version>/modules.dep文件，其中<kernel version>是当前运行内核的版本号∙modprobe：根据modules.dep文件探测并加载内核模块。
只需要给出模块名称，自动寻找适合的模块文件，并进行加载。
注意和insmod的不同之处。
o可以自动寻找模块文件并加载。
o自动寻找并加载依赖的模块。
#cat /lib/modules/2.6.22.6/modules.dep/lib/modules/s3c24xx_buttons.ko: /lib/modules/leds.ko/lib/modules/leds.ko:# lsmodModule Size Used by Not tainted# modprobe s3c24xx_buttonsleds initializedbuttons initialized# lsmodModule Size Used by Not tainteds3c24xx_buttons 5944 0leds 3592 1 s3c24xx_buttons # rmmod ledsrmmod: leds: Resource temporarily unavailable# rmmod s3c24xx_buttonsbuttons driver unloaded# lsmodModule Size Used by Not taintedleds 3592 0# rmmod ledsleds driver unloaded# lsmodModule Size Used by Not tainted# insmod s3c24xx_buttonss3c24xx_buttons: Unknown symbol ledoffs3c24xx_buttons: Unknown symbol ledoninsmod: cannot insert '/lib/modules/s3c24xx_buttons.ko': Unknown symbol in module (-1>: No such file or directory∙modinfo：查看模块文件的基本信息dennis@dennis-desktop:/work/studydriver/buttons$ modinfos3c24xx_buttons.kofilename: s3c24xx_buttons.kolicense: GPLdescription: S3C2410/S3C2440 BUTTON Driverauthor: YangZhu E-mail: scyz@depends:vermagic: 2.6.22.6 mod_unload ARMv44、内核模块的编译方法内核源码树：指的是内核源代码tar包解压缩后形成的目录<包含其下级所有目录和文件）已编译内核源码树：指的是已经成功生成过内核的内核源码树<即：已经成功执行过make uImage的内核源码树）驱动大多都编译为模块，2.6内核中要想编译模块，必须先存在已经成功编译了的内核源码树<即：已编译内核源码树），且该源码树编译出来的内核就是该模块即将运行在其上的内核。
编译方法1：∙编写Makefile：obj-m := hello.o∙编译命令：make –C 内核源码树目录 M=`pwd` modules。
例如：dennis@dennis-desktop:/work/studydriver/examples/misc-modules$ make -C /work/system/linux-2.6.22.6/ M=`pwd` modules对该make命令的解释：要想编译内核模块，只需要在内核源码树的顶层目录下输入make modules来编译Makefile中的modules目标即可，剩下的事情，由内核构造系统全权替我们处理。
但由于目前不处于内核源码树的顶层目录，并且当前目录下的Makefile 也没有modules目标，因此使用-C参数来告知make程序需要在执行之前切换到/work/system/linux-2.6.22.6/目录。