第11章-嵌入式Linux设备驱动程序-2

1第11章嵌入式Linux设备驱动程序211.4Linux设备驱动程序开发设备驱动程序开发流程（字符设备）模块化的驱动程序设计方式（字符设备）字符型设备驱动demo源程序分析LED驱动程序开发实例键盘驱动程序开发实例311.4.1设备驱动程序开发流程定义主、次设备号，也可以动态获取。通过file_operations结构定义设备所需的文件操作：所定义的文件操作对应的file_operations结构体函数指针，指向相应的设备操作函数（设备驱动程序的各个函数）实现设备驱动初始化函数---申请中断（如果有）、注册设备和退出函数—释放中断（如果有）、卸载设备。如果驱动程序采用模块方式，则要实现模块的初始化和退出函数。实现设备所需的文件操作：相应的设备操作函数（设备驱动程序的各个函数）实现实现中断服务程序（如果有）将驱动编译到内核。如果驱动程序采用模块方式，需先编译成模块，然后加载。411.4.2模块化的驱动程序设计方式模块机制“module”可以根据需要在不重新编译内核的情况下，将编译好的模块动态的插入运行中的内核，或者从运行中内核中将内核已经存在的一个模块移走。这种机制可以动态加载设备驱动程序到内核，为驱动程序开发调试提供了很大的方便在调试的过程中一般使用模块动态加载的方式，它的调试效率较高。当驱动调试完成后，在发行的过程就集成进内核。但编译进内核是某些驱动运行的唯一方法。例如：console驱动，flash驱动和对至少一种文件系统的支持等等511.4.2模块化的驱动程序设计方式用gcc编译成模块，要加上以下参数：-D__KERNEL__-DMODULE–I$(KERNELDIR_INCLUDE)在内核运行时，可以通过lsmod察看内核中已经动态加载的模块。而模块加载到内核和从内核中卸载可以通过以下命令实现，它们的操作对象xxxx是经过编译但没有链接的.ko文件（实际上就是.o文件，在2.4版本及之前不用.ko文件，直接就沿用为.o文件）insmodxxxx将编译的模块直接插入内核rmmodxxxx将编译的模块从内核中卸载611.4.2模块化的驱动程序设计方式以驱动程序源文件为demo.c为例驱动程序的编译（生成模块）gcc–c-D__KERNEL__-DMODULE-I/usr/src/linux-2.4/includedemo.c-odemo.ko加载驱动（模块）：insmoddemo.ko卸载驱动（模块）：rmmoddemo.ko对应的模块化驱动程序编程中，设备驱动程序源程序中必须至少提供两个宏：module_init(驱动程序初始化函数名)：初始化模块的宏，在模块加载时调用module_exit(驱动程序退出函数名)：卸载模块的宏，在模块卸载时调用711.4.2模块化的驱动程序设计方式例：一个简单的模块化设备驱动程序/*------------mdemo.c------------*/#defineMODULE#includelinux/module.hintinit_module(void){printk(\nhello，world!\n\n”);return0;}voidcleanup_module(void){printk(\nByeBye\n\n);}module_init(init_module);module_exit(cleanup_module);811.4.2模块化的驱动程序设计方式首先通过下面命令来编译源文件mdemo.c：gcc-c-D__KERNEL__-DMODULE-omdemo.komdemo.c在得到了mdemo.ko模块文件后，用insmod命令把它动态加载到内核：#insmodmdemo.ko#helloworld!#rmmodmdemo.ko#ByeByeinsmodrmmodmodule_init()module_exit()模块内核设备功能设备注册设备卸载用户调用9驱动程序与应用程序的区别设备驱动程序在Linux内核中以模块形式出现，与应用程序的执行过程不同，模块通常只是预先向内核注册自己，当内核需要时才被调用执行。insmodrmmodmodule_init()module_exit()模块内核设备功能设备注册设备卸载用户调用11.4.2模块化的驱动程序设计方式10驱动程序与应用程序的区别应用程序一般有一个main函数，从头到尾执行一个任务；驱动程序却不同，它没有main函数，因为它实际上只是在内核中可供调用的函数。应用程序可以和C函数库链接，因此可以包含标准的头文件，比如stdio.h、stdlib.h等；在驱动程序中是不能使用标准C库的，因此不能调用C库函数，只能调用内核函数。eg：比如输出打印函数只能使用内核的printk函数，包含的头文件只能是内核的头文件，比如linux/module.h11.4.2模块化的驱动程序设计方式11假设有一个简单的虚拟字符型设备设备名为“demo”设备中只有一个20个字节的缓冲区drv_buf（位于内核空间），对该设备的读写操作就是对缓冲区drv_buf的操作由于没有实际的硬件设备，故不需要驱动程序的下半部分，更加不需要采用中断方式实现11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析12demo设备的驱动程序结构11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析13/*头文件*/#includelinux/module.h#includelinux/init.h#includelinux/kernel.h/*printk()*/#includelinux/errno.h/*errorcodes*/#includelinux/sched.h/*定义主、次设备号*/#defineDEVICE_NAME“demo”/*设备名*/#definedemo_MINOR0/*定义次设备号*/staticintdemo_MAJOR0/*自动获取主设备号*///设备文件系统支持#ifdefCONFIG_DEVFS_FSstaticdevfs_handle_tdevfs_DbDemo_dir,devfs_DbDemoRaw;#endif/*定义虚拟字符型设备demo的内存数据结构*/#defineMAX_BUF_LEN20staticchardrv_buf[MAX_BUF_LEN];/*处于内核空间*/11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析14/*函数声明*/staticintdemo_init(void);/*声明初始化函数*/staticvoiddemo_exit(void);/*声明退出函数*//*设备操作函数（设备驱动程序的各个函数）声明*/staticintdemo_open(structinode*inode,structfile*filp)；staticintdemo_release(structinode*inode,structfile*filp);staticssize_tdemo_read(structfile*filp,char*buffer,size_tcount,loff_t*ppos);staticssize_tdemo_write(structfile*filp,constchar*buffer,size_tcount);staticintdemo_ioctl(structinode*inode,structfile*file,unsignedintcmd,unsignedlongarg);11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析15/*全局变量定义*//*通过file_operations结构定义设备所需的文件操作：指向相应的设备操作函数（设备驱动程序的各个函数）*/staticstructfile_operationsdemo_fops={#ifLINUX_KERNEL_VERSION=KERNEL_VERSION(2,4,0)owner:THIS_MODULE,#endifllseek:NULL,write:demo_write,read:demo_read,ioctl:demo_ioctl,open:demo_open,release:demo_release,};11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析16/*实现初始化和退出函数*/staticintdemo_init(void){intresult;result=register_chrdev(demo_MAJOR,DEVICE_NAME,&demo_fops);if(result0)returnresult;demo_MAJOR=result；//创建设备文件（节点文件）---设备文件系统支持#ifdefCONFIG_DEVFS_FSdevfs_DbDemo_dir=devfs_mk_dir(NULL,DEVICE_NAME,NULL);devfs_DbDemoRaw=devfs_register(devfs_DbDemo_dir,0,DEVFS_FL_DEFAULT,demo_MAJOR,demo_MINOR,S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR,&s3c2410_fops,NULL);#endifprintk(DEVICE_NAME“initialized\n);return0;}11.4.3字符型设备驱动demo源程序分析demo_fops指向file_operations结构体变量17在LINUX2.4内核中引入了设备文件系统（devfs），它是文件系统的一部分。有了设备文件系统的支持，可以在设备驱动程序中自动创建设备文件（节点文件）。以前的Linux版本需要手工创建设备文件先给register_chrdev()传递0主设备号，以动态分配获得可用的主设备号后可在devfs_register()中指定次设备号devfs下，设备文件命名规则比以前的Linux版本也发生了变化，多创建了一层目录：主设备号建立一个设备目录，再将具体的设备实例建立在此目录下Eg：串口0设备为：/dev/tts/011.4.3字符型设备驱动demo源程序分析1811.4.3字符型设备驱动demo源程序分析devfs相关函数devfs_mk_dir函数，创建一个名为demo的设备文件目录（/dev/demo），并返回一个带有目录结构的数据结构变量devfs_DbDemo_dir。将该变量作为下一步devfs_register函数的参数。该参数在调用设备文件系统注册清除函数devfs_unregister时也要作为参数传入devfs_register函数在刚才创建的demo目录下再创建一个名为0的设备文件（节点文件）。该函数的参数中，DEVFS_FL_DEFAULT为该函数的标志选项，demo_MAJOR为注册字符设备时系统自动分配的主设备号，demo_MINOR为次设备号，S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR为默认的文件模式，&s3c2410_fops为传入内核的demo设备file_operations变量。该函数返回一个devfs_handle_t数据结构的变量devfs_DbDemoRaw。这在调用设备文件系统注册清除函数devfs_unregister时也要作为参数传入19/*实现退出函数*/staticvoiddemo_exit(void){//删除设备文件（节点文件）#ifdefCONFIG_DEVFS_FSdevfs_unregister(devfs_DbDemoRaw);devfs_unregister(devfs_DbDemo_dir);#endifunregister_chrdev(demo_MAJOR,DEVICE_NAME);printk(DEVICE_NAME“unloaded\n);}/*实现模块初始化和退出函数*/module_init(demo_init);module_exit(demo_exit);11.4.3字符型设备驱动