操作系统课程设计报告 设计自己的驱动程序

江苏大学计算机学院课程设计报告江苏大学计算机学院课程设计报告课程名称设计自己的驱动程序实验学期2015至2016学年，第1学期学生姓名专业班级计算机1301学号指导教师毛启容开课系操作系统操作系统课程组制江苏大学计算机学院课程设计报告《操作系统》课程设计报告课程设计题目：设计自己的驱动程序设计时间：2016.01.05~2016.01.13一、课程设计目的与要求目的：编写一个模块化的字符设备驱动程序，手工加载到linux内核中，并用cp等命令或编写用户程序检测设备驱动程序。要求：1.编写一个简单的字符设备驱动程序，该字符设备包括打开、读、写、注册、注销与释放六个基本操作。2．编写一个测试程序，测试字符设备驱动程序的正确性。3．要求在实验报告中列出Linux内核的版本与内核模块加载过程。4.设备的安装:需要将编写的设备驱动程序以模块的方式加载进内核。5.设备的实用:通过cp,dd等命令、输入输出重定向或者编写用户程序来测试所设计的驱动程序。6．使用C或者C++编程实现。二、课程设计内容设计和实现一个虚拟命名管道(FIFO)的字符设备。写一个模块化的字符设备驱动程序三、课程设计设备与环境Linux(虚拟机)环境四、设计正文1.系统分析江苏大学计算机学院课程设计报告系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，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。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能:虚拟设备的注册与注销（指在内核的注册与注销）；虚拟设备的打开与释放；虚拟设备的读写操作。字符设备提供给应用程序的是一个流控制接口，主要包括open()、release()、read()、write()。在系统中添加一个字符设备驱动程序，实际上就是给上述操作添加对应的代码。对于字符设备和块设备，Linux内核对这些操作进行了统一的抽象，把它们定义在结构体file_operations中2.系统设计2.1模块设计2.2数据结构说明字符设备驱动主要应用了三种数据结构：①file_operations结构：File_operations结构体中的成员函数是字符驱动设备的主体内容，这些函数实际会在应用程序进行linux的open()、release()、read()、write()等系统调用时最终被调用。②file结构，主要用于与文件系统对应的设备驱动程序。代表一个打开的文件，它由内核在open时创建，并传递给在该文件上进行操作的所有函数，直到碰到最后的close函数。在文件的所有实例都被关闭之后，内核会释放这个数据结构；③inode结构，提供了关于特殊设备文件/dev/myDevice的信息。字符设备驱动写操作读操作打开设备释放设备注册设备注销设备江苏大学计算机学院课程设计报告各个结构的定义如下：（1）file_operations结构：structfile_operationspStruct={open:my_open,release:my_release,read:my_read,write:my_write,};（2）file结构：读：staticssize_tmy_read(structfile*file,char__user*user,size_tt,loff_t*f);写：staticssize_tmy_write(structfile*file,constchar__user*user,size_tt,loff_t*f);Seek文件定位：staticloff_tmy_llseek(structfile*filp,loff_toffset,intwhence)（3）inode结构：打开：staticintmy_open(structinode*inode,structfile*file);释放：staticintmy_release(structinode*inode,structfile*file);/*注册模块*/intinit_module(){intret;/*函数中第一个参数是告诉系统，新注册的设备的主设备号由系统分配，*第二个参数是新设备注册时的设备名字，*第三个参数是指向file_operations的指针，*当用设备号为0创建时，系统一个可以用的设备号创建模块*/江苏大学计算机学院课程设计报告ret=register_chrdev(0,devName,&pStruct);if(ret0){printk(registfailure!\n);return-1;}else{printk(thedevicehasbeenregistered!\n);device_num=ret;printk(1thevirtualdevice'smajornumber%d.\n,device_num);printk(1Oryoucanseeitbyusing\n);printk(1------more/proc/devices-------\n);printk(1Totalktothedriver,createadevfilewith\n);printk(1------'mknod/dev/myDevicec%d0'-------\n,device_num);printk(1Use\rmmode\toremovethemodule\n);return0;}}/*注销模块，函数名很特殊*/voidcleanup_module(){unregister_chrdev(device_num,devName);printk(unregisteritsuccess!\n);}staticintmy_open(structinode*inode,structfile*file){if(mutex)return-EBUSY;mutex=1;//上锁江苏大学计算机学院课程设计报告printk(1maindevice:%d\n,MAJOR(inode-i_rdev));printk(1slavedevice:%d\n,MINOR(inode-i_rdev));printk(1%dtimestocallthedevice\n,++counter);try_module_get(THIS_MODULE);return0;}2.3算法流程图五、课程设计结果及分析1.系统调试启用root模式，输入密码。命令：su开始设备驱动模块加载文件打开函数读函数写函数Seek文件定位函数文件释放函数设备驱动模块卸载结束江苏大学计算机学院课程设计报告对驱动程序进行编译。命令：make加载驱动程序并查看。命令：insmoddevDrv.kolsmod显示主设备号。命令：cat/proc/devices江苏大学计算机学院课程设计报告分配从设备号并查看。命令：mknod/dev/myDevicec2480ls/dev编译测试程序并执行。命令gcctest.c–ofifo./fifo江苏大学计算机学院课程设计报告六、总结与进一步改进设想在这次课程设计之前从没有接触过Linux系统，Linux系统这个词作为计算机系的学生都不会陌生，多多少少也知道些它的历史，知道它是开放的免费的操作系统，支持开源软件的开发，但是，Linux系统到底是怎样的一个系统，甚至对它的界面都从未见过。这次课程设计使我接触并了解了Linux系统，见识了它的界面以及种种与Windows系统不同之处，增长了见识。驱动相较于Linux系统是更加熟悉的一个名词，每次重装系统都要安装各种各样的驱动，不然计算机就不能正常运行，各个硬件就不能发挥作用，通过这次课程设计，对Linux系统的驱动有了比较深入的认识。这次课程设计使我反省很多，无论Linux还是驱动程序都是挂在嘴边的东西，但是对于这些自己并没有进行过深入的了解，导致这次课程设计一切都要从头开始，进行的并不顺利，以后对于一些经常提起，在将来有可能用的到的东西要未雨绸缪，先做了解，将来的时候才能轻松应对，事半功倍。江苏大学计算机学院课程设计报告七、答辩（或汇报）记录1.主设备号是自动的还是手动的？答：由于许多主设备号已经静态地分配给了公用设备，Linux提供了动态分配机制以获取空闲的主设备号。为了简单起见，仍然使用静态分配的主设备号。2.怎么控制读和写的信号量？答：互斥。staticintmutex=0;//互斥用在写的时候不能读，在读的时候不能写。3.如果要手动分配设备号该怎么分配？答：函数中第一个参数是告诉系统，新注册的设备的主设备号由系统分配，第二个参数是新设备注册时的设备名字，第三个参数是指向file_operations的指针，当用设备号为0创建时，系统一个可以用的设备号创建模块。八、参考文献1.《操作系统教程——Linux实例分析》孟庆昌编著2.《精通Linux设备驱动程序开发》SreekrishanVenkateswaran著成绩：教师签名：年月日