Linux操作系统下PCI设备驱动程序开发 02 程序开发, 应用程序, include, linux, 操作系统

samwalton

[root@gary root]# mknod /dev/lp0 c 6 0
　　将建立一个主设备号为6，次设备号为0的字符设备文件/dev/lp0。当应用程序对某个设备文件进行系统调用时，Linux内核会根据该设备文件的设备类型和主设备号调用相应的驱动程序，并从用户态进入到核心态，再由驱动程序判断该设备的次设备号，最终完成对相应硬件的操作。
　　2. 设备驱动程序接口
　　Linux中的I/O子系统向内核中的其他部分提供了一个统一的标准设备接口，这是通过include/linux/fs.h中的数据结构file_operations来完成的：
　　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 *, 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);
　　int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
　　int (*open) (struct inode *, struct file *);
　　int (*flush) (struct file *);
　　int (*release) (struct inode *, struct file *);
　　int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
　　int (*fasync) (int, struct file *, int);
　　int (*lock) (struct file *, int, struct file_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 *);
　　ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
　　unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
　　};
　　当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。
　　2. 设备驱动程序模块
　　Linux下的设备驱动程序可以按照两种方式进行编译，一种是直接静态编译成内核的一部分，另一种则是编译成可以动态加载的模块。如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态地卸载，不利于调试，所有推荐使用模块方式。
　　从本质上来讲，模块也是内核的一部分，它不同于普通的应用程序，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。