实验五-driverdemo设备驱动程序.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,嵌入式系统设计实验五设备驱动程序,实验内容,5.1,内核驱动设计入门,-,模块方式驱动实验,2,实验步骤,实验指导书,P223-225,进入,/arm2410s/exp/drivers/demo,目录，使用,VI,查看源码,编译驱动模块及测试程序,cd,/arm2410s/exp/drivers/demo/,make,3,实验步骤,注：如果编译的时候出现问题，可能在,/,usr/src,下没有建立一个,linux,连接，可以使用下面的命令：,cd,/,usr/src,/,ln,sf,linux-2.4.20-8,linux,ls,查看目录文件，可见有如下文件：,debug,linux,linux-2.4 linux-2.4.20-8,redhat,4,实验步骤,如果用,gcc,编译，需要通过下面的命令来建立设备节点，如果使用交叉编译的话，则不需要建立设备节点。,mknod,/dev/demo c 254 0,插入驱动模块,root demo#,Insmod,demo.o,执行命令进行测试：,root demo#./,test_demo,5,实验步骤,运行结果,6,设备驱动程序,设备驱动程序的作用,设备驱动程序的分类,设备驱动程序在操作系统中的位置,机制与策略,设备驱动程序的基本结构,设备驱动程序如何被使用,一个简单设备驱动程序实例,7,设备驱动程序的作用,设备驱动程序将复杂的硬件抽象成一个结构良好的设备，并通过提供统一的程序接口为系统的其它部分提供使用设备的能力和方法。,设备驱动程序,(,应该只是,),为系统的其它部分提供各种使用设备的能力，使用设备的方法应该由应用程序决定。,8,Linux,下对外设的访问只能通过驱动程序,Linux,对于驱动程序有统一的接口，以文件的形式定义系统的驱动程序：,Open,、,Release,、,read,、,write,、,ioctl,驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、,DMA,等操作,驱动程序需要在用户态和内核态之间传递数据,9,设备驱动程序的分类,字符设备驱动程序,各种串行接口，并行接口等。,块设备驱动程序,磁盘设备等,网络设备驱动程序,网卡等。,杂项设备驱动程序,不属于上述三种设备之外的一些设备，如,SCSI,时钟等。,10,在操作系统中的位置,设备驱动程序是内核代码的一部分。,驱动程序的地址空间是内核的地址空间。,驱动程序的代码直接对设备硬件,(,实际是设备的各种寄存器,),进行控制,(,实际就是读写操作,),。,应用程序通过操作系统的系统调用执行相应的驱动程序函数。中断则直接执行相应的中断程序代码。,设备驱动程序的,file_operations,结构体的地址被注册到内核中的设备链表中。,块设备和字符设备以设备文件的方式建立在文件系统中的,/dev,目录下，而且每个设备都有一个主设备号和一个次设备号。,11,块设备驱动程序,字符设备驱动程序,网络设备驱动程序,12,ls-l/dev,crw-r-1 root root 1,1 Jan 1 00:00 mem,crw-r-1 root root 1,2 Jan 1 00:00 kmem,crw-rw-rw-1 root root 1,3 Jan 1 00:00 null,crw-r-1 root root 1,4 Jan 1 00:00 port,crw-rw-rw-1 root root 1,5 Jan 1 00:00 zero,crw-rw-rw-1 root root 1,7 Jan 1 00:00 full,crw-r-r-1 root root 1,8 Jan 1 00:00 random,crw-r-r-1 root root 1,9 Jan 1 00:00 urandom,crw-rw-rw-1 root root 5,0 Jan 1 00:00 tty,crw-1 root root 5,1 Jan 1 00:00 console,crw-rw-rw-1 root root 5,2 Jan 1 00:00 ptmx,drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 pty,drwxr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:00 pts,drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 rd,drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 mtd,drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 mtdblock,crw-1 root root 4,64 Jan 1 00:15 ttyS0,crw-1 root root 4,65 Jan 1 00:00 ttyS1,crw-1 root root 4,66 Jan 1 00:00 ttyS2,crw-1 root root 4,67 Jan 1 00:00 ttyS3,crw-1 root root 4,68 Jan 1 00:00 ttyS4,drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 misc,c:,字符设备,b:,块设备,主设备号,次设备号,13,机制与策略,机制,(mechanism),设备驱动程序所具备的能力,例如：串行设备驱动程序具有设置波特率的能力。,策略,(policy),这些能力如何被使用,例如：根据需要将串口波特率设置成,9.6kbps,。,设备驱动程序应该是“策略无关”的，即,policy free,。,14,设备驱动程序源代码的基本结构,/*,*,驱动程序简单,说明：,*驱动程序的作用：,这是一个字符设备驱动程序的基本框架结构,*被驱动设备的简单描述：,将使用,AT91RM9200,的,PB,端口为例进行说明,*一些特殊的考虑等：,如,PB21,作为可以产生中断的输入引脚（本例未实现）,*版本，创建日期，作者等：,1.0,版，,2006,年,1,月,6,日,*/,#,ifndef,_KERNEL_,#define _KERNEL_,#,endif,#,ifndef,MODULE,#define MODULE,#,endif,#include,#include,.,#include,表明这个模块将用于内核，也可以在编译时通过,D,选项指定，如,gcc,D_KERNEL_,。参见,Makefile,。,内核头文件，需要根据具体驱动程序和用到的内核模块确定。,表明这个驱动程序将以模块的方式编译和使用，也可以在编译时通过,D,选项指定，如,gcc,DMODULE,。参见,Makefile,。,15,/*,*,驱动程序中使用的各种函数的原型声明。标准的作法是将函数原型声明,*放在一个头文件中，然后在该文件开始处使用,#include,引用，并在该,*文件中定义。,*,*这里我们将函数的声明和定义放在一起。所以下面的代码既是函数的声明，,*也是函数的定义。,*,/,static,ssize_t,spioc_read(struct,file*,filp,char*buff,size_t,cnt,loof_t,*off),/*,这里是,read,函数的代码*,/,return ret;,static,ssize_t,spioc_write(struct,file*,filp,char*buff,size_t,cnt,loff_t,*off),/*,这里是,write,函数的代码*,/,return ret;,16,static int spioc_ioctl(struct inode*inode,struct file*filp,unsigned int cmd,unsigned long arg),/*,这里是,ioctl,函数的代码，它的一般格式为一个,switch,分支语句,*,switch(cmd),*case CMD1:,*.,*break;,*.,*case CMDn:,*.,*break,*default:,*.,*break;,*,*,/,return ret;,ioctl(),函数用于控制驱动程序本身的一些特性和参数，如设定驱动,程序使用的缓冲区的大小，设定串行通讯的速率等。,17,static int spioc_open(struct inode*inode,struct file*filp),/*,这里是,open,函数的代码*,/,return ret;,static int spioc_close(struct inode*inode,struct file*filp),/*,这里是,close,函数的代码*,/,return ret;,上述,5,个函数，既,read(),write(),ioctl(),open(),close(),，是一个字符,设备驱动程序最基本的需要由驱动程序的作者完成的函数。,这,5,个函数将对应于相应的,5,个系统调用：,read(),-,spioc_read(),write(),-,spioc_write(),ioctl(),-,spioc_ioctl(),open(),-,spioc_open(),close(),-,spioc_close(),系统调用,驱动程序函数,18,static,struct,file_operations,spioc_fops,=,read:,spioc_read,write:,spioc_write,ioctl,:,spioc_ioctl,open:,spioc_open,release:,spioc_close,;,file_operations,是一个结构体类型，定义在,include/,linux/fs.h,中。,上述代码定义了一个,file_operations,类型的结构体,spioc_fops,，并将,其中的一些成员赋了初值。由于,spioc_fops,是一个静态变量，所以其他成员,的初值是“零”。,结构体,spioc_fops,将作为一个参数在注册一个设备驱动程序时传递给内核。,内核使用,设备链表,维护各种注册的设备。不同类型的设备使用不同的链表。,19,struct file_operations,struct module*owner;,loff_t(*llseek)(struct file*,loff_t,int);,ssize_t(*read)(struct file*,char*,size_t,loff_t*);,ssize_t(*write)(struct file*,const char*,size_t,loff_t*);,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 datasync);,int(*fasync)(int,struct file*,int);,int(*lock)(struct file*,int,struct file_lock*);,ssize_t(*readv)(struct file*,const struct iovec*,unsigned long,loff_t*);,ssize_t(*writev)(struct file*,const struct iovec*,unsigned long,loff_t*);,ssize_t(*sendpage)(struct file*,struct page*,int,size_t,loff_t*,int);,unsigned long(*get_unmapped_area)(struct file*,unsigned long,unsigned long,unsigned long,unsigned long);,;,struct file_operations,include/linux/fs.h,20,static int _init spioc_init(void),/*,设备初始化代码等*,/,if(register_chrdev(SPIOC_MAJOR,“spioc”,&spioc_fops),printk(KERN_ERR“spioc.c:unable to register”,“the device with major%d.n”,SPIOC_MAJOR);,return EIO;,/*,其他初始化代码*,/,return ret;,static void _exit spioc_exit(void),/*,设备撤消代码*,/,if(unregister_chrdev(SPIOC_MAJOR,“spioc”),printk(KERN_ERR“spioc.c:unable to remove the”,“device with major%d.n”,SPIOC_MAJOR);,return;,/*,其它设备撤消代码*,/,return;,21,module_init(spioc_init);,module_exit(spioc_exit);,这两个函数，,module_init(),和,module_exit(),，用于告诉内核，当一个驱动程序加载和退出（或撤消）时，需要执行的操作。不同驱动程序在加载和退出时，除了基本的向内核注册设备驱动程序外，还有各自的针对具体设备的操作。,22,要点总结,:,宏：,_KERNEL_,MODULE,_VERSION_,_KERNEL_,：表明这将是用于内核的代码，否则很多内核过程将无法使用。,MODULE,：如果是以模块方式编译，需要定义这个宏；如果是静态连接则不用。,_VERSION_,：定义这个宏则需要驱动程序的内核版本要和内核版本一致。,module_init()/module_exit():spioc_init()/spioc_exit(),每个驱动程序都要有这两个函数，它们分别用于设备驱动程序的加载和撤消。,static struct file_operations spioc_fops:,每个驱动程序都要有这样的结构体，可能不止一个。用,register_chrdev,（）,注册驱动程序时这个结构体的起始地址被传送到内核的设备表中。,SPIOC_MAJOR:,每个设备驱动程序有一个主设备号,(major number),。不同设备驱动程序不能,使用相同的主设备号。一个设备驱动程序可以管理不同的,(,但一般是同一类的,),设备，通过次设备号,(minor number),区分。,spioc_ open()/close(),，,read()/write(),ioctl():,根据具体驱动程序定义和使用。一般,open()/close(),总是需要的，而且,open(),和,close(),一定要成对出现。,23,设备驱动程序的使用,驱动程序模块的动态链接和静态链接,创建设备文件,使用设备,24,设备驱动程序被静态编译到内核中的情况,:,module_init(),指示内核在启动过程中运行设备的初始化函数，如,spioc_init(),函数。驱动程序的加载随内核的启动一起完成。,静态编译的内核模块不能被动态卸载，只有到系统关闭时由内核执行相应的卸载函数，如,spioc_exit(),。,嵌入式操作系统一般使用静态内核模块以减少系统的尺寸和复杂性。,驱动程序模块的加载,设备驱动程序被动态加载到内核中的情况,:,首先，驱动程序需要被编译成目标文件，如,spioc.o,。,在操作系统运行之后，使用,insmod,命令将驱动程序模块动态加载到内核中,$insmod spioc.o,使用,insmod,命令动态加载的内核模块可以使用,rmmod,命令动态地从内核中卸载,$rmmod spioc,使用内核的动态模块加载,/,卸载功能需要内核支持,kmod,功能。,25,module_init(),module_exit(),26,创建设备文件,Linux,操作系统将字符设备和块设备作为一种特殊的文件对待，这,就是设备文件。,使用,mknod,命令建立设备文件。,$mknod c 21 0/dev/spioc,c,：字符设备,b,：块设备,主设备号,次设备号,设备文件,crw-1 root root 21,0 Jan 1 00:15 spioc,/dev,27,使用设备驱动程序,应用程序,系统调用,设备驱动程序,设备（寄存器）,使用一个设备一般需要执行如下一些操作：,打开设备文件。,对设备进行必要的设置，如设置串口速率。,对设备进行读、写等操作，如通过串口收发数据。,结束对设备的使用之前，如果改变了设备的某些设置，则将其恢复到缺省状态，保证设备停用后没有任何不好的副作用。,关闭设备。,一个设备如何被使用属于“策略”，应该由应用程序决定，而不是设备驱动程序。设备驱动程序应该只实现“机制”。,28,int main(int argc,char*argv),.,pd=open(“/dev/spioc”,O_RDWT);,.,应用程序,crw-1 root root 21,0 Jan 1 00:15 spioc,/dev,open(const char*,int),系统调用,static struct,file_operations spioc_fops=,read:spioc_read,write:spioc_write,ioctl:spioc_ioctl,open:spioc_open,release:spioc_close,;,设备驱动程序,static int spioc_open(struct inode*inode,struct file*filp),/*,这里是,open,函数的代码*,/,return ret;,设备驱动程序,设备和驱动程序的使用,29,简单实例,demo,字符设备驱动程序,使用动态内核模块加载,实现初始化,(,加载,),和退出,(,卸载,),功能,实现设备读写等功能,实现,ioctl,功能,30,编译设备驱动程序,使用静态内核模块,在内核源代码目录的相应子目录下建立设备驱动程序目录。,在设备驱动程序目录下建立,Makefile,文件。,修改上一级目录的,Makefile,文件。,使用动态内核模块,内核模块需要使用内核的头文件，因此需要安装内核源代码。,编写,Makefile,。,31,参考资料,Linux,设备驱动程序，第二版，第一、二、三、四章,32,