基于S3C2410的Linux驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

　　1. 開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立在嵌入式系統中，由于目標機資源有限，因此通常是在主機上編譯好驅動(dòng)程序以及應用程序，然后通過(guò)串口、以太網(wǎng)、仿真器或其他通信手段與目標機通信。為了方便進(jìn)行Linux設備驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)和調試，首先必須建立良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括交叉編譯環(huán)境的建立、minicom的設置以及nfs網(wǎng)絡(luò )文件系統的建立。

　　(1) 交叉編譯環(huán)境由于我采用的是ARM9 S3C2410處理器，因此必須在主機上建立針對目標板處理器的GNU工具鏈，這個(gè)過(guò)程相當復雜繁瑣，開(kāi)發(fā)者可以采用編譯好的針對ARM處理器的交叉工具鏈arm-linux-gcc，只需對其進(jìn)行安裝即可。首先，在/usr/local下建立目錄arm，接著(zhù)把壓縮包arm-linux-gcc-3.3.2.tar.gz解壓縮到arm目錄下，然后在/etc/profile文件的pathmunge語(yǔ)句斷后添加pathmunge /usr/local/arm/3.3.2/bin,保存對/etc/profile的修改，最后執行source /etc/profile，這樣交叉編譯環(huán)境就建成了。

　　(2) 串口工具M(jìn)inicom 在嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常利用串口與目標機通信。在Window環(huán)境下，經(jīng)常使用的是超級終端，在Linux環(huán)境下，經(jīng)常使用的是Minicom。第一次使用Minicom時(shí)，需要配置菜單選項，在Linux終端以root身份輸入minicom –s，在出現的菜單選項選擇Serial port setup,然后根據目標板對選項進(jìn)行配置，退出后選擇Save as dfl即可，最后退出設置菜單就可以使用Minicom與開(kāi)發(fā)板通訊了。

　　(3) 網(wǎng)絡(luò )文件系統NFS NFS是由Sun開(kāi)發(fā)并發(fā)展起來(lái)的一項用于在不同機器，不同操作系統之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互相分享文件的技術(shù)。我們可以把宿主機上編譯好的程序放在NFS服務(wù)器共享目錄下，然后把這些共享文件mount到目標板上進(jìn)行調試、運行等操作。由于宿主機與目標機操作系統都支持NFS系統，因此建立NFS開(kāi)發(fā)環(huán)境時(shí)只需要在宿主機上對NFS服務(wù)器進(jìn)行配置，用vi打開(kāi)/etc/exports,編輯文本為/home/fei/test/ 192.168.2.*(rw,sync,no_root_squash),其中，/home/fei/test/表示共享的目錄，192.168.2.*表示可以連接的主機，(rw,sync,no_root_squash)則表示讀寫(xiě)權限與其他參數。保存退出后執行/sbin/service nfs restart并關(guān)閉防火墻。這樣就可以使用mount命令掛載NFS文件系統了，比如把宿主機(IP為192.168.2.10)配置的/home/fei/test目錄掛載到目標板的/tmp目錄下，可以使用命令：mount –t nfs 192.168.2.10:/home/fei/test /tmp

　　2. Linux設備驅動(dòng)程序

　　(1) Linux 設備驅動(dòng)概述系統調用是操作系統內核與應用程序之間的接口，設備驅動(dòng)程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口，設備驅動(dòng)程序為應用程序屏蔽了硬件的細節，應用程序通過(guò)系統調用或者C庫訪(fǎng)問(wèn)操作系統內核，而操作系統內核又通過(guò)驅動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)硬件設備，從而使用戶(hù)或者應該程序可以按操作普通文件的方式對硬件設備進(jìn)行操作。Linux設備驅動(dòng)程序運行在系統的內核空間，是內核非常重要的組成部分，它主要完成的功能有：1) 設備進(jìn)行初始化和釋放;2) 把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據;3) 讀取應用程序傳送給設備文件的數據、回送應用程序請求的數據; 4) 檢測和處理設備出現的錯誤。 Linux操作系統將設備分成三種基本類(lèi)型：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡(luò )設備。字符設備是個(gè)能夠像字節流一樣被訪(fǎng)問(wèn)的設備，它可以通過(guò)文件系統節點(diǎn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，當用戶(hù)或者應用程序對字符設備發(fā)出讀/寫(xiě)請求時(shí)，實(shí)際的硬件I/O一般就會(huì )緊接著(zhù)發(fā)生，字符設備以單個(gè)字節為單位進(jìn)行順序讀寫(xiě)操作，通常不使用緩沖技術(shù)。塊設備和字符設備類(lèi)似，也是通過(guò)文件系統節點(diǎn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，塊設備與字符設備的區別僅僅在于內核內部管理數據的方式，塊設備是以固定大小的數據塊進(jìn)行存儲和讀寫(xiě)的，如硬盤(pán)、軟盤(pán)等，并利用一塊系統內存作為緩沖區，若用戶(hù)進(jìn)程對設備的請求能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，就返回請求的數據;否則，就調用請求函數來(lái)進(jìn)行設計的I/O操作。塊設備是主要針對磁盤(pán)等慢速設備設計的,以免耗費過(guò)多的CPU時(shí)間來(lái)等待。網(wǎng)絡(luò )設備是一個(gè)能夠和其他主機交換數據的設備，網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序負責發(fā)送和接受數據包。

　　(2) Linux 設備驅動(dòng)的結構

　　Linux設備驅動(dòng)程序實(shí)現的功能包括驅動(dòng)程序的注冊與注銷(xiāo)、設備的打開(kāi)與釋放、設備的讀寫(xiě)操作、設備的控制操作等。當用戶(hù)需要通過(guò)設備文件同硬件打交道時(shí)，必須通過(guò)如open、read、write、close、ioctl等系統調用，而系統調用和驅動(dòng)程序正是通過(guò)數據結構struct file_operations作為橋梁聯(lián)系起來(lái)的。file_operations數據結構的每一個(gè)成員的名字都對應著(zhù)一個(gè)系統調用。用戶(hù)進(jìn)程利用系統調用在對設備文件進(jìn)行諸如read、write操作時(shí),系統調用通過(guò)設備文件的主設備號找到相應的設備驅動(dòng)程序,然后讀取這個(gè)數據結構相應的函數指針,接著(zhù)把控制權交給該函數。這是linux的設備驅動(dòng)程序工作的基本原理。因此，編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序的主要工作就是編寫(xiě)file_operations數據結構的各個(gè)子函數。下面的結構體就是一個(gè)典型的file_operations結構：

　　struct file_operations {

　　int (*seek) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

　　int (*read) (struct inode * ,struct file *, char ,int); i

　　nt (*write) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

　　int (*readdir) (struct inode * ,struct file *, struct dirent * ,int);

　　int (*select) (struct inode * ,struct file *, int ,select_table *);

　　int (*ioctl) (struct inode * ,struct file *, unsined int ,unsigned long int (*mmap) (struct inode * ,struct file *, struct vm_area_struct *); i

　　nt (*open) (struct inode * ,struct file *);

　　int (*release) (struct inode * ,struct file *);

　　int (*fsync) (struct inode * ,struct file *);

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

　　int (*check_media_change) (struct inode * ,struct file *);

　　int (*revalidate) (dev_t dev);

　　} file_operations

　　結構體中的成員都是函數指針，每個(gè)應用程序對設備的操作，都會(huì )根據major、minor設備號，轉換成對file_operations結構的訪(fǎng)問(wèn)。開(kāi)發(fā)者在編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序的時(shí)候，根據自己的需要完成file_operations結構中的函數實(shí)現，對不需要用到的函數接口可以在file_operations結構中初始化為NULL。file_operations變量會(huì )在程度程序初始化時(shí)，注冊到系統內核。當應用程序對設備進(jìn)行操作時(shí)，會(huì )調用驅動(dòng)程序注冊的file_operations結構中的函數指針。