嵌入式Linux设备驱动程序

使用mknod命令可以创建指定类型的设备文 件，同时为其分配相应的主设备号和次设备 号。
[root@xsbase root]# mknod /dev/lp0 c 6 0
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第十章 Agenda
10.1 10.2 10.3 10.4 Linux的设备介绍 Linux设备驱动程序介绍 Linux的设备驱动程序的模块结构 Linux的设备驱动程序的编写举例
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10.1.2 设备文件
Linux抽象了对硬件的处理，所有的硬件设 备都可以作为普通文件来看待；它们可以使 用和操作系统相同的、标准的系统调用接口 来打开、关闭、读写和控制I/O的操作，而 驱动程序的主要任务也就是要实现这些系统 调用函数。
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设备文件
Linux系统中的所有硬件设备都使用一个特 殊的设备文件来表示
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主要接口函数
bytedevice_open，bytedevice_release：主要 是对设备进行初始化和释放，实现了设备的打开和 关闭功能。 bytedevice_read：当设备文件执行该函数调用 时，表面上看像时从设备中读取数据，实际上是从 内核空间的数据队列中读取，通过copy_to_user() copy_to_user() 函数，把数据从内核空间传送到用户空间，使得用 户空间的其他代码(测试代码)可以访问这些数据。 bytedevice_write：和bytedevice_read()函数 相似，只不过数据传送的方向发生了变化，即把参 数中的count字节数从用户空间的缓冲区buf复制 到硬件或者内核的缓冲区中。
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10.3 Linux的设备驱动程序的模块结构
Linux中的可加载模块（loadable module）是 Linux内核支持的动态可加载模块（dynamic loadable module），它们是内核的一部分，但是 并没有编译到内核里面去。 模块可以单独编译成目标代码，以.o的目标文件形 式存在。它可以根据需要在系统启动后动态加载到 系统内核之中。当模块不再被需要时，可以动态地 写在出系统内核。 Linux中地大多数设备驱动程序都以模块地形式存 在。
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设备驱动的层次
输入/输出 请求 输入/输出 响应
用户程序的进程 (设备)文件系统
设备服务子程序 中断处理程序
设备驱动程序
物理设备控制器 物理设备
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10.2.2 设备驱动程序与外界的接口
打开的设备在内核内部由file结构标识，内核使用 file_operations结构访问驱动程序的函数。 file_operations结构是一个定义在 <include/linux/fs.h>中的重要数据结构，这就 是通常所说的设备驱动程序与外界的接口。 每个文件都与它自己的函数集相关联（通过包括指 向file_operations结构的一个名为f_op的指针字 段）。这些操作主要负责系统调用的实现，并因此 被命名为open、read 等。
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10.1.1 Linux的设备分类
Linux支持三类硬件设备：
字符设备：指那些无须缓冲直接读写的设备 块设备：只能以块为单位进行读写，典型的块大 小为512或1024字节。 网络设备 ：不像字符设备或块设备那样通过对 应的设备文件节点去访问，可以通过基于BSD Unix的套接口(socket)机制访问，在系统和驱动 程序之间定义专门的数据结构进行数据的传递
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模块
模块的装载和卸载有两种方式：
可以通过超级用户运行insmod和rmmod命令显 式地将模块载入内核或从内核中卸载； 内核自身也可以在需要时，请求守护进程 （kerneld）装载和卸载模块。 kerneld
模块方式对性能的影响：
采用了一些额外的代码和数据结构，它们占用了 一部分内存。 用户进程通过模块对内核资源进行的访问是间接 的，不可避免地降低了内核资源地访问效率。 16
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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。
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10.2.1 设备驱动的层次
Linux下的设备驱动程序是内核的一部分，运行在内 核模式，也就是说设备驱动程序为内核提供了一个 I/O接口，用户使用这个接口实现对设备的操作。 Linux的设备驱动程序介于（设备）文件系统与物理 设备中间。用户通过应用程序进程输入输入请求， 进而调用（设备）文件系统，（设备）文件系统通 过设备驱动程序控制物理设备进行设备的操作，如 进行磁盘文件的读出和写入操作等等，如图所示。 Linux设备驱动程序包含了中断处理程序和设备服务 子程序。
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Linux驱动程序接口
通常Linux驱动程序接口分为如下四层： 1)应用程序进程与内核的接口； 2)内核与文件系统的接口； 3)文件系统与设备驱动程序的接口； 4)设备驱动程序与硬件设备的接口。
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字符设备驱动程序
一个最简单的字符设备驱动程序
该字符设备具备4个基本操作 bytedevice_open(),bytedevice_write(),by tedevice_read(),bytedevice_release() 实现的基本功能为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。
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模块加载
采取模块加载的方式 ：init_module和 cleanup_module函数 主要使用了驱动程序的注册与注销中的 register_chrdev()和 unregister_chrdev()。
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驱动安装过程
完成上面的工作后，对前面的代码进行编译，并通过insmod 的方式加载其到内核中。 比如bytedevice源代码放在/usr/src/bytedevice下，可以 这样编译，生成bytedevice.o文件： $ gcc bytedevice.c –I /usr/src/bytedevice/include –c bytedevice.c –D__KERNEL__ －DMODULE 接下来把目标文件加载到内核。可以使用命令： $insmod –f bytedevice.o 如果已经成功安装，在/proc/devices文件中就可以找到设备 bytedevice, 并且可以看到它的主设备号（内核动态分配所 得）。如果要卸载模块，运行： $rmmod bytedevice 创建一个设备文件 ，通过设备文件就可以访问驱动程序
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10.2 Linux设备驱动程序介绍
10.2.1 设备驱动的层次 10.2.2 设备驱动程序与外界的接口
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设备驱动程序
设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接 口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节， 这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件， 应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行 操作。 设备驱动程序主要完成以下功能：
常用命令
lsmod ： 列出当前系统中加载的模块。 insmod, modprobe ：用于加载当前模块，但 insmod不会自动解决依存关系，而modprobe则 可以根据模块间依存关系以及/etc/modules/conf 文件中的内容自动插入模块。 rmmod ：把某个不再使用的模块从内核中卸载。 depmod ：制造模块相关文件（module dependency file），以便后面要使用insmod命 令用来查询模块的具体位置
嵌入式系统
第十章 嵌入式Linux 设备驱动程序 嵌入式Linux
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10.1 Linux的设备介绍
10.1.1 Linux的设备分类 10.1.2 设备文件 10.1.3 设备号
例如，系统中的第一个IDE硬盘用/dev/had来表 示。 串口可以用/dev/ttyS0来表示.
由于引入了设备文件这一概念，Linux为文 件和设备提供了一致的用户接口。对用户来 说，设备文件与普通文件并无区别。
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10.1.3 设备号
每个设备文件都对应有两个设备号：
一个是主设备号，表示该设备的种类，也标识 了该设备所使用的驱动程序； 另一个是次设备号，标识使用同一设备驱动程 序的不同硬件设备。