linux 基礎復習（9）設備驅動(dòng)入門(mén)

Linux 內核中采用可加載的模塊化設計(LKMs，Loadable Kernel Modules)，一般情況下編譯的Linux 內核是支持可插入式模塊的，也就是將最基本的核心代碼編譯在內核中，其他的代碼可以選擇在內核中，或者編譯為內核的模塊文件。常見(jiàn)的驅動(dòng)程序也是作為內核模塊動(dòng)態(tài)加載的。

模塊相關(guān)命令

lsmod 列出當前系統加載的模塊

rmmod 將當前模塊卸載

insmod、modprobe 用于加載當前模塊。但insmod不會(huì )自動(dòng)解決依存關(guān)系，而modprobe可以根據模塊間的依存關(guān)系以及 /etc/modules.conf 文件中的內容自動(dòng)插入模塊

mknod 創(chuàng )建相關(guān)模塊

Linux 系統的設備文件分為三類(lèi)：塊設備文件、字符設備文件和網(wǎng)絡(luò )設備文件。

· 塊設備文件通常指一些需要以塊(如512 字節)的方式寫(xiě)入的設備，如IDE 硬盤(pán)、SCSI硬盤(pán)、光驅等。

· 字符型設備文件通常指可以直接讀寫(xiě)，沒(méi)有緩沖區的設備，如并口、虛擬控制臺等。

· 網(wǎng)絡(luò )設備文件通常是指網(wǎng)絡(luò )設備訪(fǎng)問(wèn)的BSD socket接口，如網(wǎng)卡等。

設備號設備號是一個(gè)數字，它是設備的標志。就如前面所述，一個(gè)設備文件(也就是設備節點(diǎn))可以通過(guò)mknod命令來(lái)創(chuàng )建，其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明某一類(lèi)設備，

一般對應著(zhù)確定的驅動(dòng)程序;次設備號一般是用于區分標明不同屬性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作等，它標志著(zhù)某個(gè)具體的物理設備。高字節為主設備號和底字節為次設備號。例如，在系統中的塊設備IDE 硬盤(pán)的主設備號是3，而多個(gè)IDE 硬盤(pán)及其各個(gè)分區分別賦予次設備號1、2、3……

Linux 設備驅動(dòng)程序包含中斷處理程序和設備服務(wù)子程序兩部分

設備服務(wù)子程序包含了所有與設備操作相關(guān)的處理代碼。它從面向用戶(hù)進(jìn)程的設備文件系統中接受用戶(hù)命令，并對設備控制器執行操作。這樣，設備驅動(dòng)程序屏蔽了設備的特殊性，使用戶(hù)可以像對待文件一樣操作設備。

設備控制器需要獲得系統服務(wù)時(shí)有兩種方式：查詢(xún)和中斷。因為L(cháng)inux 下的設備驅動(dòng)程序是內核的一部分，在設備查詢(xún)期間系統不能運行其他代碼,查詢(xún)方式的工作效率比較低，所以只有少數設備如軟盤(pán)驅動(dòng)程序采取這種方式，大多設備以中斷方式向設備驅動(dòng)程序發(fā)出輸入/輸出請求。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} onclick=if(!this.resized) {return true;} else {window.open(this.src);} alt= src=http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080413193842.jpg onload=if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} border=0>

Linux 中的設備驅動(dòng)程序有如下特點(diǎn)。

(1)內核代碼：設備驅動(dòng)程序是內核的一部分，如果驅動(dòng)程序出錯，則可能導致系統崩潰。

(2)內核接口：設備驅動(dòng)程序必須為內核或者其子系統提供一個(gè)標準接口。比如，一個(gè)終端驅動(dòng)程序必須為內核提供一個(gè)文件I/O 接口;一個(gè)SCSI設備驅動(dòng)程序應該為SCSI子系統提供一個(gè)SCSI設備接口，同時(shí)SCSI子系統也必須為內核提供文件的I/O 接口及緩沖區。

(3)內核機制和服務(wù)：設備驅動(dòng)程序使用一些標準的內核服務(wù)，如內存分配等。

(4)可裝載：大多數的Linux 操作系統設備驅動(dòng)程序都可以在需要時(shí)裝載進(jìn)內核，在不需要時(shí)從內核中卸載。

(5)可設置：Linux 操作系統設備驅動(dòng)程序可以集成為內核的一部分，并可以根據需要把其中的某一部分集成到內核中，這只需要在系統編譯時(shí)進(jìn)行相應的設置即可。

(6)動(dòng)態(tài)性：在系統啟動(dòng)且各個(gè)設備驅動(dòng)程序初始化后，驅動(dòng)程序將維護其控制的設備。

如果該設備驅動(dòng)程序控制的設備不存在也不影響系統的運行，那么此時(shí)的設備驅動(dòng)程序只是多占用了一點(diǎn)系統內存罷了。

驅動(dòng)開(kāi)發(fā)時(shí)卻沒(méi)有main 函數，模塊在調用insmod命令時(shí)被加載，此時(shí)的入口點(diǎn)是init_module函數，通常在該函數中完成設備的注冊。同樣，模塊在調rmmod

函數時(shí)被卸載，此時(shí)的入口點(diǎn)是cleanup_module函數，在該函數中完成設備的卸載。在設備完成注冊加載之后，用戶(hù)的應用程序就可以對該設備進(jìn)行一定的操作，如read、write等，而驅動(dòng)程序就是用于實(shí)現這些操作，在用戶(hù)應用程序調用相應入口函數時(shí)執行相關(guān)的操作，init_module入口點(diǎn)函數則不需要完成其他如read、write之類(lèi)功能。

設備驅動(dòng)程序的入口點(diǎn)，它是一個(gè)在中定義的struct file結構，這是一個(gè)內核結構，不會(huì )出現在用戶(hù)空間的程序中，它定義了常見(jiàn)文件I/O 函數的入口。

struct file_operations {

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp);

ssize_t (*write) (struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);

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 (*fasync) (int, struct file *, int);

int (*check_media_change) (kdev_t dev);

int (*revalidate) (kdev_t dev);

int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

};

每個(gè)設備的驅動(dòng)程序不一定要實(shí)現其中所有的函數操作，若不需要定義實(shí)現時(shí)，則只需將其設為NULL即可。