实验7-设备管理实验 ppt

块设备驱动程序的注册过程如图实7-4所示：
7.3

实验内容
字符类型设备的驱动程序 块类型设备的驱动程序
7.3.1

字符类型设备的驱动程序
字符设备驱动程序要用到的数据结构定义： struct device_struct { const char *name； struct file_operations *chops； }； static struct device_struct chrdevs[MAX_CHRDEV]； typedef struct Scull_Dev { void **data； int quantum； // 当前容量的大小。 int qset； // 当前数组的大小。 unsigned long size； unsigned int access_key； // 由sculluid 和scullpriv 使用的存取字段。 unsigned int usage； //当字符设备正使用时加锁。 struct Scull_Dev *next； // 指向下一字符设备 } scull；
服务于I/O请求的子程序
中断服务子程序
图实7-3 设备驱动程序的组织结构
设备驱动程序的代码
设备驱动程序是一些函数和数据结构的集 合，这些函数和数据结构是为实现设备管 理的一个简单接口。操作系统内核使用这 个接口来请求驱动程序对设备进行I/O操 作。甚至，我们可以把设备驱动程序看成 是一个抽象数据类型，它为计算机中的每 个硬件设备都建立了一个通用函数接口。 由于一个设备驱动程序就是一个模块，所 以在内核内部用一个file结构来识别设备 驱动程序，而且内核使用file_operations 结构来访问设备驱动程序中的函数。
块设备的结构
块设备的结构即块设备的开关表。当块设备注册到内核后，块设备的名字和相关操 作被添加到device_struct结构类型的blkdevs全局数组中，称blkdevs为块设备的开 关表。下面以一个简单的例子说明块设备驱动程序中块设备结构的定义：（假设设 备名为sbull） **** file_operations结构定义如下，即定义sbull设备的_fops ****
blk_dev_struct结构
块设备的注册

static struct
{
const char *name； struct block_device_operations *bdops； } blkdevs[MAX_BLKDEV]； 对块设备驱动程序进行注册的调用格式为： int register_blkdev(unsigned int major，const char *name，struct block_device_operations *bdops)
用于字符设备的I/O调用主要有：open()、release()、read()、write()和ioctl()。
open()函数 static int scull_open(struct inode *inode，struct file *filp) { …… …… MOD_INC_USE_COUNT； return 0； } release()函数 static int scull_release(struct inode *inode，struct file *filp) { …… …… MOD_DEC_USE_COUNT； return 0； }
字符设备驱动程序入口点
字符设备驱动程序入口点主要包括初始化字符设备、字符设备的I/O调用和 中断。在引导系统时，每个设备驱动程序通过其内部的初始化函数init()对 其控制的设备及其自身初始化。字符设备初始化函数为chr_dev_init()，包 含在/linux/drivers/char/mem.c中，它的主要功能之一是在内核中登记设备 驱动程序。具体调用是通过register_chrdev()函数。 register_chrdev()函数定义如下： #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> int register_chrdev (unsigned int major，const char *name，struct file_operation *fops)；
字符设备的结构
字符设备的结构device_struct即字符设备的开关表。当字符设备注册 到内核后，字符设备的名字和相关操作被添加到device_struct结构类 型的chrdevs全局数组中，称chrdevs为字符设备的开关表。下面以一 个简单的例子说明字符设备驱动程序中字符设备结构的定义：（假设设 备名为scull） **** file_operations结构定义如下，即定义chr设备的_fops **** static int scull_open(struct inode *inode，struct file *filp)； //打开字符设备。 static int scull_release(struct inode *inode，struct file*filp)； //释放字符设备。 static ssize_t scull_write(struct inode *inode，struct file *filp， const char *buffer，int count)； //将数据送往字符设备。 static ssize_t scull_read(struct inode *inode，struct file *filp， char *buffer，int count)； //从字符设备读出数据，写入用户空间。 static int scull_ioctl(struct inode *inode，struct file *filp， unsigned long int cmd，unsigned long arg)； //字符设备的控制操作。
实验7 设备管理实验
7.1
实验目的
了解Linux操作系统中的设备驱动程序的组成 编写简单的字符设备驱动程序并进行测试 编写简单的块设备的驱动程序，并进行测试 理解Linux操作系统的设备管理机制
7.2
准备知识
图实7-1 字符设备和块设备驱动程序和接口
图实7-2 设备驱动程序与外界的接口
自动配置和初始化子程序
字符设备的结构
struct file_operations chr_fops = { NULL， // seek，改变字符设备的操作位置。 scull_read， // read，字符设备的读操作。 scull_write， // write，字符设备的写操作。 NULL， // readdir，读取某个子目录中的内容。 NULL， // poll，允许应用程序响应来自字符设备的事件。 scull_ioctl， // ioctl，字符设备的控制操作。 NULL， // mmap，字符设备地址空间到用户地址空间的映射。 scull_open， // open，字符设备的打开操作。 NULL， // flush，冲掉缓冲区的数据，对字符设备无用。 scull_release， // release，字符设备的释放操作。 NULL， // fsync，同步内存与磁盘上的数据状态，把输出 缓冲区里尚未写到磁盘的数据写出去。 NULL， // fasync，改变字符设备行为。 NULL， // check media change，检查自上次操作后， 介质（软盘和CD-ROM）是否更换。 NULL， // revalidate，若更换了介质，则更新信息。 NULL // lock，锁定字符设备操作。 }；
字符设备的注册
Linux系统通过调用register_chrdev()向系统注册字符 型设备驱动程序 register_chrdev()定义如下： #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> int register_chrdev (unsigned int major, const char *name, struct file_operations *ops)
图实7-8
函数scull_release()的流程图
图实7-9
字符设备驱动程序的测试函数流程图
测试函数： #cat /proc/devices | awk ”\\$2==\ ”chrdev\”{ print\\$1}”
图实7-10
7.3.2 块类型设备的驱动程序
struct device_struct { const char *name； struct file_operations *chops； }； static struct device_struct blkdevs[MAX_BLKDEV]； struct sbull_dev { void **data； int quantum； // 当前容量的大小。 int qset； // 当前数组的大小。 unsigned long size； unsigned int access_key； // 由sbulluid和sbullpriv使用的存取字段。 unsigned int usage； //当块设备正使用时加锁。 unsigned int new_msg； struct sbull_dev *next； // 指向下一块设备。 }； extern struct sbull_dev *sbull； // 块设备信息
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块设备驱动程序描述符
块设备驱动程序描述符是一个blk_dev_struct类型的数据结 构，其定义如下： struct blk_dev_struct { // queue_proc 指向的队列必须为原子操作，即指令 的执行是一次性完成的，不能间断。 request_queue_t request_queue ； queue_proc *queue ； void *data ； }
struct file_operations blk_fops = { NULL， // seek，改变块设备的操作位置。 block_read， //块设备的读操作，为内核函数。 block_write， //块设备的写操作，为内核函数。 NULL， // readdir，读取某个子目录中的内容。 NULL， // poll，允许应用程序响应来自块设备的事件。 sbull_ioctl， // ioctl，块设备的控制操作。 NULL， // mmap，块设备地址空间到用户地址空间的映射。 sbull_open， // open，块设备的打开操作。 NULL， // flush，冲掉块设备缓冲区的数据。 sbull_release， // release，块设备的释放操作。 block_fsync， //同步内存与磁盘上的数据状态，把输出缓冲区里尚未写到磁盘的数据写出去。为内核函数。 NULL， // fasync，改变块设备行为。 sbull_check_media_change， // check media change，检查自上次操作后，介质（软盘和CD-ROM）是否更换。 NULL， // revalidate，若更换了介质，则更新信息。 NULL // lock，锁定块设备操作。 }；

函数scull_open()的流程图
开始 该设备的用户数目增加1； MOD_INC_USE_COUNT； 打印 “This chrdev is in open！” 成功，返回0 结束
图实7-5
函数scull_write()的流程图
图实7-6
函数scull_read()的流程图
图实7-7
函数scull_ioctl()的流程图
块设备驱动程序入口点

块设备驱动程序入口点主要包括初始化块设备、块设备 的I/O调用和中断。块设备的I/O调用ioctl()、open()、 release()与字符设备类似。 块设备与字符设备最大的不同在于设备的读写操作。块 设备使用通用block_read()和block_write()函数来进行数 据读写。这两个通用函数向请求表中增加读写请求，这 样内核可以对请求顺序安排优先级（通过 ll_rw_block()）。由于是对内存缓冲区而不是对设备进 行操作，因而它们能加快读写请求。如果内存中没有要 读入的数据或者没有要写入设备对应的缓冲区，那么就 需要真正地执行数据传输操作。这是通过数据结构 blk_dev_struct中的request_fn来完成的（见 include/linux /blkdev.h）。