不能调用位于用户态下的C或者C++库函数,而只能调用Linux内核提供的函数,在/proc/ksyms中可以查看到内核提供的所有函数。
在以模块方式编写驱动程序时,要实现两个必不可少的函数init_module( )和cleanup_module( ),而且至少要包含<linux/krernel.h>和<linux/module.h>两个头文件。在用gcc编译内核模块时,需要加上-DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX这几个参数,编译生成的模块(一般为.o文件)可以使用命令insmod载入Linux内核,从而成为内核的一个组成部分,此时内核会调用模块中的函数init_module( )。当不需要该模块时,可以使用rmmod命令进行卸载,此进内核会调用模块中的函数cleanup_module( )。任何时候都可以使用命令来lsmod查看目前已经加载的模块以及正在使用该模块的用户数。
3. 设备驱动程序结构
了解设备驱动程序的基本结构(或者称为框架),对开发人员而言是非常重要的,Linux的设备驱动程序大致可以分为如下几个部分:驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作、设备的中断和轮询处理。
驱动程序的注册与注销
向系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主设备号,这可以通过在驱动程序的初始化过程中调用register_chrdev( )或者register_blkdev( )来完成。而在关闭字符设备或者块设备时,则需要通过调用unregister_chrdev( )或unregister_blkdev( )从内核中注销设备,同时释放占用的主设备号。
设备的打开与释放
打开设备是通过调用file_operations结构中的函数open( )来完成的,它是驱动程序用来为今后的操作完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中,open( )通常需要完成下列工作:
检查设备相关错误,如设备尚未准备好等。
如果是第一次打开,则初始化硬件设备。
识别次设备号,如果有必要则更新读写操作的当前位置指针f_ops。
分配和填写要放在file->private_data里的数据结构。
使用计数增1。
释放设备是通过调用file_operations结构中的函数release( )来完成的,这个设备方法有时也被称为close( ),它的作用正好与open( )相反,通常要完成下列工作:
使用计数减1。
释放在file->private_data中分配的内存。
如果使用计算为0,则关闭设备。
设备的读写操作
字符设备的读写操作相对比较简单,直接使用函数read( )和write( )就可以了。但如果是块设备的话,则需要调用函数block_read( )和block_write( )来进行数据读写,这两个函数将向设备请求表中增加读写请求,以便Linux内核可以对请求顺序进行优化。由于是对内存缓冲区而不是直接对设备进行操作的,因此能很大程度上加快读写速度。如果内存缓冲区中没有所要读入的数据,或者需要执行写操作将数据写入设备,那么就要执行真正的数据传输,这是通过调用数据结构blk_dev_struct中的函数request_fn( )来完成的。
设备的控制操作
除了读写操作外,应用程序有时还需要对设备进行控制,这可以通过设备驱动程序中的函数ioctl( )来完成。ioctl( )的用法与具体设备密切关联,因此需要根据设备的实际情况进行具体分析。
设备的中断和轮询处理
对于不支持中断的硬件设备,读写时需要轮流查询设备状态,以便决定是否继续进行数据传输。如果设备支持中断,则可以按中断方式进行操作。
三、PCI驱动程序实现
1. 关键数据结构
PCI设备上有三种地址空间:PCI的I/O空间、PCI的存储空间和PCI的配置空间。CPU可以访问PCI设备上的所有地址空间,其中I/O空间和存储空间提供给设备驱动程序使用,而配置空间则由Linux内核中的PCI初始化代码使用。内核在启动时负责对所有PCI设备进行初始化,配置好所有的PCI设备,包括中断号以及I/O基址,并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI设备,以及这些设备的参数和属性。
Linux驱动程序通常使用结构(struct)来表示一种设备,而结构体中的变量则代表某一具体设备,该变量存放了与该设备相关的所有信息。好的驱动程序都应该能驱动多个同种设备,每个设备之间用次设备号进行区分,如果采用结构数据来代表所有能由该驱动程序驱动的设备,那么就可以简单地使用数组下标来表示次设备号。
在PCI驱动程序中,下面几个关键数据结构起着非常核心的作用:
pci_driver
这个数据结构在文件include/linux/pci.h里,这是Linux内核版本2.4之后为新型的PCI设备驱动程序所添加的,其中最主要的是用于识别设备的id_table结构,以及用于检测设备的函数probe( )和卸载设备的函数remove( ):
struct pci_driver {
struct list_head node;
char *name;
const struct pci_device_id *id_table;
int (*probe) (struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
void (*remove) (struct pci_dev *dev);
int (*save_state) (struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*suspend)(struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*resume) (struct pci_dev *dev);
int (*enable_wake) (struct pci_dev *dev, u32 state, int enable);
};
pci_dev
这个数据结构也在文件include/linux/pci.h里,它详细描述了一个PCI设备几乎所有的硬件信息, |