嵌入式系統中設備控制函數實(shí)現的分析

3設備函數的實(shí)現過(guò)程分析

在嵌入式Linux下對設備操作的時(shí)候，一般都會(huì )用到read、write、llseek和ioctl等函數，通過(guò)這些函數可以像使用文件那樣使用外部設備。這些函數的實(shí)現過(guò)程基本上是類(lèi)似的，下面以write函數為例來(lái)分析用戶(hù)使用write函數怎么把數據寫(xiě)到設備里面去。

3.1應用程序中函數的格式

用戶(hù)程序中的write函數有三個(gè)參數，函數格式如下：
write(intfd,char*buf,intcount)
其中參數fd表示將對之進(jìn)行寫(xiě)操作的設備文件打開(kāi)時(shí)返回的文件描述符.參數buf是一個(gè)指向緩沖區的指針,該指針指向存放將寫(xiě)入文件的數據的緩沖區.參數count表示本次操作所要寫(xiě)入文件的數據的字節數.fd一般大于3,0-2被系統分配給了默認的終端設備.

3.2驅動(dòng)程序中函數的格式

上面驅動(dòng)程序函數定義中我們看到驅動(dòng)程序里的write函數有四個(gè)參數，函數格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是設備節點(diǎn)指針,其中有設備號等信息，它能夠告訴操作系統應該使用哪一個(gè)設備驅動(dòng)程序，filp指針中有fops信息，可以告訴操作系統相應的fops方法函數在那里可以找到,后兩項參數和應用程序中的含義相同。

3.3應用程序中函數和驅動(dòng)程序中函數的參數傳遞

從上面可以知道兩個(gè)函數參數個(gè)數不同,當應用程序的write函數執行時(shí),是怎么調用驅動(dòng)程序中相應的write函數的呢?其實(shí)關(guān)鍵是Linux系統內核中的相應函數 sys_write,這也是最不透明最不容易理解的地方.Linux內核中sys_write的源代碼：
asmlinkagessize_tsys_write(unsignedintfd,constchar*buf,size_tcount)
{ssize_tret;
structfile*file;
structinode*inode;
ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);//指向驅動(dòng)程序中的wirte函數的指針
lock_kernel();
ret=-EBADF;
file=fget(fd);//通過(guò)文件描述符得到文件指針
if(!file)
gotobad_file;
if(!(file->f_modeFMODE_WRITE))
gotoout;
inode=file->f_dentry->d_inode;//得到inode信息
ret=locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE,inode,file,file->f_pos,count);
if(ret)
gotoout;
ret=-EINVAL;
if(!file->f_op||!(write=file->f_op->write))//將函數開(kāi)始時(shí)聲明的write函數指針指向fops方法中對應的write函數
gotoout;
down(inode->i_sem);
ret=write(file,buf,count,file->f_pos);//使用驅動(dòng)程序中的write函數將數據輸入設備，注意看，這里就是四個(gè)參數了
up(inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
returnret;}
從上面的函數功能可以看出,sys_write函數實(shí)現了應用程序中write向驅動(dòng)程序中的short_write的參數傳遞過(guò)程，其中上述注釋語(yǔ)句詳細地闡述了參數由三個(gè)到四個(gè)的變化過(guò)程。

4結論

總的來(lái)說(shuō),設備函數的實(shí)現過(guò)程由下面幾個(gè)步驟來(lái)完成：

(1) 加載驅動(dòng)程序。驅動(dòng)程序中的初始化函數申請設備名和主設備號，這些可以在/proc/devieces目錄中查看到。(2)從/proc /devices中獲得主設備號，驅動(dòng)程序加載成功后建立設備節點(diǎn)文件。通過(guò)主設備號將設備節點(diǎn)文件和設備驅動(dòng)程序聯(lián)系在一起。設備節點(diǎn)文件中的file 屬性中指明了驅動(dòng)程序中fops方法實(shí)現的函數指針。(3)用戶(hù)程序使用open打開(kāi)設備節點(diǎn)文件，這時(shí)操作系統內核知道該驅動(dòng)程序工作了，就調用 fops方法中的open函數進(jìn)行相應的工作。(4)當用戶(hù)使用write函數操作設備文件時(shí)，操作系統調用內核中的sys_write函數，該函數首先通過(guò)文件描述符得到設備節點(diǎn)文件對應的inode指針和filp指針。(5)然后sys_write才會(huì )調用驅動(dòng)程序中的write方法來(lái)對設備進(jìn)行寫(xiě)的操作。用戶(hù)的write函數和驅動(dòng)程序的write函數通過(guò)系統調用sys_write聯(lián)系到了一起。本文以設備文件操作控制函數write為例來(lái)闡述整個(gè)函數的調用過(guò)程，其它函數的過(guò)程基本相同，本文不再詳述。

本文的創(chuàng )新點(diǎn)在于闡述了嵌入式應用程序中對外部設備操作控制函數的實(shí)現機制及具體過(guò)程的分析，在目前的文獻中很少有具體的分析，是作者在具體開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)驗總結。
本文有國家自然科學(xué)基金項目支持，項目編號：50677047。

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