第10章设备管理-PowerPointPresenta

10.1 设备管理结构：字符设备与块设备
字符设备以字节为单位进行数据处理。字符设备通常只允许按顺序访问，一般 不使用缓存技术。如鼠标，声卡等。
块设备以块为单位进行处理，块的大小通常为0.5KB到32KB等。
10.1 设备管理结构：字符设备与块设备
➢ 大多数块设备允许随机访问，而且常常采用缓存技术。 ➢ 块设备有硬盘、光盘驱动器等。可以查看文件/proc/devices获得。 ➢ 这里主要讨论字符设备，有兴趣的读者可参考其它书籍中有关块设备的内容。
); int (mmap)(struct file *,struct vm_area_struct *); int (*open)(struct inode *,struct file *); int (*flush)(struct file*); int(*release)(struct inode *,struct file *);
驱动程序的基本功能为：
1. 对设备初始化和释放。如对音频设备而言包括向内核注册设备，设置音频的输 入输出参数 (如采样频率、采样宽度等)、分配音频设备使用的内核内存等工作。
2. 对设备进行管理。包括实时参数设置以及提供对设备的操作接口。
10.2 驱动程序：驱动程序基本功能
3. 读取应用程序传送给设备文件的数据并回送应用程序请求的数据。这需要 在用户空间、内核空间、总线及外设之间传输数据。
设备管理的目标是对所有的外接设备进行良好的读、写、控制等操作。 待解决问题：
怎样将任意的一个设备的所有操作进行归纳，设 计出统一的接口。
内核常常使用设备类型、主设备号和次设备号来 标识一个具体的设备。
10.1 设备管理结构：概述
Linux中的设备管理应用了设备文件这个概念来统一设备的访问接口。
简单的说，系统试图 使它对所有各类设备的输入、 输出看起来就好像对普通文 件的输入、输出一样。
10.2 驱动程序： 常用接口介绍
open(): 打开设备，并初始化设备准备进行操作。可以为NULL，这样每次打开设 备总会成功，而且不通知设备驱动程序。
read(): 从设备中读数据，需要提供字符串指针。 write(): 向字符设备写数据，需要提供所写内容指针。 ioctl(): 控制设备，例如控制光盘的弹出等。需要提供符合设备预先定义的命令字 。
例如：第一IDE接口上的所有磁盘及其分区共用同一 主设备号3，而次设备号则为0，1，2，3 …。
10.1 设备管理结构： Linux设备命名习惯
Linux习惯上将设备文件放在目录/dev或其子目录之下。 设备文件命名（通常由两部分组成）规则为： 第一部分通常较短，可能只有2或3个字母组成，用来表示设备大类。
10.r}2etu驱rn -E动BU程SY;序：常用函数原型
chrdevs[major].name=name; chrdevs[major].fops=fops; write_unlock(&chrdevs_lock); return 0; }
第10章 目录
10.1 设备管理结构 10.2 驱动程序 10.3 驱动程序编写实例
10.1 设备管理结构： 主设备号和次设备号
设备管理中，除了设备类型（字符设备 或块设备）以外，内核还需要一对称做主、 次设备号的参数，才能唯一表示设备。
10.1 设备管理结构：主设备号和次设备号
主设备号（major number）相同的设备使用相同的驱动程序，而次设备号 (minor number) 用来区分具体设备的实例。
# include <linux/fs.h> # include <linux/types.h> # include <linux/malloc.h> # include <asm/uaccess.h> # include <asm/page.h> # include <linux/ermo.h> # include <linux/config.h>
第10章 目录
10.1 设备管理结构 10.2 驱动程序 10.3 驱动程序编写实例
10.2 驱动程序： 驱动程序基本功能
在Linux操作系统中驱动程序是操作系统内核与硬件设备之间的桥梁，它屏蔽了 硬件的细节 (如总线协议、DMA操作等)，在应用程序看来硬件设备只是一个特殊的 文件。
10.2 驱动程序：驱动程序基本功能
10.2 驱动程序：常用函数原型
2．向系统注册的函数原形
int register_chrdev(unsigned int major,const char * name,struct file_operations * fops)
{ if (major = = 0 ) {
write_lock(&chrdevs_lock);
ssize_t(*readv)(struct file *,const struct iovec *,unsigned
long,loff_t *);
ssize_t(*writev)(struct file *,const struct iovec
*,unsigned long,loff_t *);
}
10.3 驱动程序编写实例
为了更清楚地讲述Linux中设备驱动程序的编写，加深读者对启动程序的了解 。下面介绍一个简单的设备驱动的实现过程。
由于基于特殊的硬件设备实现的驱动程序难度较大，而且不方便验证，下面举 一个虚拟设备驱动程序的例子。
10.3 驱动程序编写实例： 设备功能介绍
实现虚拟设备的写入、读出等操作。这个驱动程序并不是基于特定硬件设备的 ，实际上仅仅是对内存进行读、写操作。
4. 检测和处理设备出现的错误。
10.2 驱动程序：驱动程序的运作过程
当一个程序读/dev/tty文件(此为键盘)时，就会执行系统调用sys_read()（在 fs/read_write.c中），该系统调用在判别出所读文件是一个字符设备文件时，即会调 用rw_char()函数（在fs/char_dev.c中），该函数则会根据所读设备的设备类型，主 、次设备号等参数，由字符设备读写函数表（设备开关表）调用rw_tty()，最终调 用到这里的终端读操作函数tty_read()
10.1 设备管理结构： 概述
设备管理即输入输出子系统，分为上下两部分： 1. 上层的，与设备无关 的，这部分根据输入输出请求，通过特定的设备驱动程序接口，来与设备进行通信 。 2. 下层的，与设备有关的，常称为设备驱动程序，它直接与相应设备打交道，并且 向上层提供一组访问接口。
10.1 设备管理结构：概述
第10章 设备管理
第10章 主要内容
本章主要介绍了设备管理方面的有关知识： ◆ 系统管理设备的方式。 ◆ 驱动程序运作过程。 ◆ 驱动程序的具体实例。
第10章 目录
10.1 设备管理结构 10.2 驱动程序 10.3 驱动程序编写实例
第10章 目录
10.1 设备管理结构 10.2 驱动程序 10.3 驱动程序编写实例
10.2 驱动程序：常用接口介绍
llseek(): 重新定位读、写位置，需要提供偏移量参数。 flush(): 清除内容。 release(): 关闭设备，并释放资源等。 mmap(): 将设备内存映射到进程地址空间。通常只有块设备驱动程序使用。
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10.2 驱动程序：常用函数原型
1. 设备操作函数原形
10.3 驱动程序编写实例：设备功能介绍
1. 函数mydrv_read()的功能是从mybuf[100]中读取字符串，并传递给调用的进 程。
2. 函数mydrv_write()的功能是将调用的进程传入的字符串赋值给mybuf，如果字 符串的长度超过100，则只取前100个字符。
3. 函数mydrv_ioctl()中仅仅实现了一个控制功能：清除mybuf存储区。
int (*fsync )(struct file ,struct dentry *,int
datasync);
10.2 驱动程序：常用函数原型 int (*fasync )(int,struct file *,int); int (*lock)(struct file *,int struct file_lock *);
write_unlock(&chrdevs_lock);
10.r}2etu驱rn -E动BU程SY;序：常用函数原型
if(major>MAX_CHRDEV) return -EINVAL;
write_lock(&chrdevs_lock);
if(chrdevs[major].fops && chrdevs[major].fops!=fops) { write_unlock(&chrdevs_lock);
10.2 驱动程序：驱动程序的运作过程
当用户在键盘上键入了一个字符时，会引起键盘中断响应，此时键盘中断处理 程序就会从键盘控制器读入对应的键盘扫描码，然后根据使用的键盘扫描码映射表 译成相应字符，放入tty读队列read_q中。
10.2 驱动程序：驱动程序的运作过程
然后调用中断处理程序的do_tty_interrupt()函数，它又直接调用行规则函数 copy_to_cooked()对该字符进行过滤处理，并放入tty辅助队列secondary中，供 上述tty_read()读取。
for(major=MAX_CHRDEV-1;major>0;major--)
10.{ 2 驱if 动(chr程devs序[ma：jor].常fops用= =N函UL数L) 原型
{ chrdevs[major].name=name; chrdevs[major].fops=fops; write_unlock(&chrdevs_lock); return major; } }
如图10-1所示，应用程序通过Linux的 系统调用与内核通信。
10.1 设备管理结构：概述
由于Linux中将设备当作文件来处理，所以对设备进行操作的系统调用和对文件 操作的类似，主要包括open()、read()、write()、ioctl()、close()等。
应用程序发出系统调用指令以后，会从用户态转换到内核态，通过内核将open() 这样的系统调用转换成对物理设备的操作。
*,size_t,loff_t *);
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
10.3 驱动程序编写实例： 具体实现
首先，要根据设备功能的需要，编写file_operations结构中的操作函数。 其次，要向系统注册该设备，包括字符设备的注册，devfs节点的注册与中断响 应函数的注册。然后就可以利用对应的文件进行设备操控了。具体如下：
1．源程序:
10.#3in#c驱luindce动lu<dlein程<ulxin/序muxo/dk编uelren.e写hl>.h>实例：具体实现
struct file_operations
{ struct module * owner;
loff_t(*llseek) (struct file *, loff_t,int);
ssize_t(*read) (struct file *,char*,size_t,loff_t *);
ssize_t(*write)(struct file *,const char
10.2 驱动程序：驱动程序的运作过程
同时把该字符放入tty写队列write_q中，并调用写控制台函数con_write()。 此时如果该终端的回显(echo)属性是设置的，则该字符会显示到屏幕上（
注：do_tty_interrupt()和copy_to_cooked()函数在tty_io.c中实现）。
例如：普通硬盘如IDE接口的为“hd”,软盘为“fd”。
10.1 设备管理结构： Linux设备命名习惯
第二部分通常为数字或字母用来区别设备实例。
例如： /dev/hda、/dev/hdb、/dev/hdc表示第一、二、
三块硬盘；而 dev/hda1、/dev/hda2、/dev/hda3则 表示第一硬盘的第一、二、三分区。