Linux系統(tǒng)驅(qū)動概述.ppt

《Linux系統(tǒng)驅(qū)動概述.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《Linux系統(tǒng)驅(qū)動概述.ppt（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

Linux系統(tǒng)驅(qū)動概述,驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別,應(yīng)用程序一般有一個main函數(shù)，從頭到尾執(zhí)行一個任務(wù)；應(yīng)用程序可以和GLIBC庫連接驅(qū)動程序沒有main函數(shù)，通過使用宏module_init(初始化函數(shù)名)將初始化函數(shù)加入內(nèi)核全局初始化函數(shù)列表中，在內(nèi)核初始化時執(zhí)行驅(qū)動的初始化函數(shù)，從而完成驅(qū)動的初始化和注冊，之后驅(qū)動便停止等待被應(yīng)用軟件調(diào)用。驅(qū)動程序中有一個宏moudule_exit(退出處理函數(shù)名)注冊退出處理函數(shù)。它在驅(qū)動退出時被調(diào)用。驅(qū)動程序中是不能使用標(biāo)準(zhǔn)C庫的,內(nèi)核版本與編譯器的版本依賴,當(dāng)模塊與內(nèi)核鏈接時，insmod會檢查模塊和當(dāng)前內(nèi)核版本是否匹配，每個模塊都定義了版本符號__module_kernel_version,這個符號位于模塊文件的ELF頭的.modinfo段中。只要在模塊中包含，編譯器就會自動定義這個符號每個內(nèi)核版本都需要特定版本的編譯器的支持，高版本的編譯器并不適合低版本的內(nèi)核，Linux-2.4版本的insmod命令裝載模塊時，首先從/lib/modules目錄和內(nèi)核相關(guān)的子目錄中查找模塊文件，如果需要從當(dāng)前目錄裝載，使用insmodmodule.o。,設(shè)備驅(qū)動程序的作用,設(shè)備驅(qū)動程序?qū)?fù)雜的硬件抽象成一個結(jié)構(gòu)良好的設(shè)備，并通過提供統(tǒng)一的程序接口為系統(tǒng)的其它部分提供使用設(shè)備的能力和方法。設(shè)備驅(qū)動程序(應(yīng)該只是)為系統(tǒng)的其它部分提供各種使用設(shè)備的能力，使用設(shè)備的方法應(yīng)該由應(yīng)用程序決定。Linux下對外設(shè)的訪問只能通過驅(qū)動程序Linux對于驅(qū)動程序有統(tǒng)一的接口，以文件的形式定義系統(tǒng)的驅(qū)動程序：Open、Release、read、write、ioctl…驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，可以使用中斷、DMA等操作驅(qū)動程序需要在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間傳遞數(shù)據(jù),設(shè)備驅(qū)動程序的分類,字符設(shè)備驅(qū)動程序各種串行接口，并行接口等。塊設(shè)備驅(qū)動程序磁盤設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序網(wǎng)卡等。雜項設(shè)備驅(qū)動程序不屬于上述三種設(shè)備之外的一些設(shè)備，如SCSI,時鐘等。,在操作系統(tǒng)中的位置,設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核代碼的一部分。驅(qū)動程序的地址空間是內(nèi)核的地址空間。驅(qū)動程序的代碼直接對設(shè)備硬件(實際是設(shè)備的各種寄存器)進(jìn)行控制(實際就是讀寫操作)。應(yīng)用程序通過操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行相應(yīng)的驅(qū)動程序函數(shù)。中斷則直接執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序代碼。設(shè)備驅(qū)動程序的file_operations結(jié)構(gòu)體的地址被注冊到內(nèi)核中的設(shè)備鏈表中。塊設(shè)備和字符設(shè)備以設(shè)備文件的方式建立在文件系統(tǒng)中的/dev目錄下，而且每個設(shè)備都有一個主設(shè)備號和一個次設(shè)備號。,在操作系統(tǒng)中的位置,主設(shè)備號和次設(shè)備號,主設(shè)備號相同的設(shè)備使用相同的驅(qū)動程序，次設(shè)備號用于區(qū)分具體設(shè)備的實例。主設(shè)備號標(biāo)識設(shè)備對應(yīng)的驅(qū)動程序一個驅(qū)動程序可以控制若干個設(shè)備，次設(shè)備號提供了一種區(qū)分它們的方法系統(tǒng)增加一個驅(qū)動程序就要賦予它一個主設(shè)備號。這一賦值過程在驅(qū)動程序的初始化過程中intregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name,structfile_operations*fops);,主設(shè)備號和次設(shè)備號,創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點,設(shè)備已經(jīng)注冊到內(nèi)核表中，對于設(shè)備的訪問通過設(shè)備文件（設(shè)備文件與設(shè)備驅(qū)動程序的主設(shè)備號匹配），內(nèi)核會調(diào)用驅(qū)動程序中的正確函數(shù)給程序一個它們可以請求設(shè)備驅(qū)動程序的名字。這個名字必須插入到/dev目錄中，并與驅(qū)動程序的主設(shè)備號和次設(shè)備號相連使用mknod在文件系統(tǒng)上創(chuàng)建一個設(shè)備節(jié)點mknod/dev/mydevicec2540,動態(tài)分配設(shè)備號,在Documentation/device.txt文件中可以找到已經(jīng)靜態(tài)分配給大部分設(shè)備的列表由于許多數(shù)字已經(jīng)分配了，為新設(shè)備選擇一個唯一的號碼是很困難的如果調(diào)用register_chrdev時的major為零，函數(shù)就會選擇一個空閑號碼并做為返回值返回,動態(tài)分配的問題,動態(tài)分配的主設(shè)備號不能保證總是一樣的，無法事先創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點可以從/proc/devices讀取cat/proc/devices利用腳本動態(tài)創(chuàng)建設(shè)備文件節(jié)點,設(shè)備管理的問題,如今，Linux支持很多不同種類的硬件。這意味著/dev中都有數(shù)百個特殊文件來表示所有這些設(shè)備。而且，這些特殊文件中大多數(shù)甚至不會映射到系統(tǒng)中存在的設(shè)備上,使用devfs,在Linux2.4的內(nèi)核里引入了devfs來解決linux下設(shè)備文件管理的問題在驅(qū)動程序中通過devfs_register()函數(shù)創(chuàng)建設(shè)備文件系統(tǒng)的節(jié)點系統(tǒng)啟動的時候mount設(shè)備文件系統(tǒng)所有需要的設(shè)備節(jié)點都由內(nèi)核自動管理。/dev目錄下只有掛載的設(shè)備,Linux2.6內(nèi)核與devfs,Linux2.6內(nèi)核引入了sysfs文件系統(tǒng)為每個系統(tǒng)的硬件樹進(jìn)行分級處理Devfs在Linux2.6中被標(biāo)記為舍棄的特性（在Linux2.6.15及以后的版本則取消了對它的支持），而使用udev。維護(hù)動態(tài)設(shè)備從sysfs獲得的信息，可以提供對特定設(shè)備的固定設(shè)備名。對于熱插拔的設(shè)備，這尤其重要udev是在用戶空間的腳本文件，這很容易被編輯和修改可以和hotplug腳本配合使用為了保證舊應(yīng)用程序的兼容性，在嵌入式系統(tǒng)中，用devfs還是一個好方法。即使在Linux2.6.15內(nèi)核以后，也可以通過ndevfs（nanodevfs）補(bǔ)丁提供對devfs特性的兼容。,在Linux2.6內(nèi)核中使用udev,建議，在2.6.15以后的版本中使用udev使用ramfs作為udev的載體mount–tramfsnone/devudev使用的規(guī)則集位于/etc/udev/*udev的官方地址：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html,設(shè)備驅(qū)動程序的使用方法,應(yīng)用層使用open、close、read、write系統(tǒng)調(diào)用——需要編寫應(yīng)用程序使用系統(tǒng)命令可以進(jìn)行最基本的測試：cat/dev/urandomecho/dev/urandom>/dev/fb0ddif=/dev/touchscreenof=/var/tmp/testbs=16count=100,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)體file_operations的定義，在include/linux/fs.h中主要包括：open，close（或者release），read，write，ioctl，poll，mmap等,簡單的Linux驅(qū)動程序原理,,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子（1）,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(2),/**驅(qū)動程序中使用的各種函數(shù)的原型聲明。標(biāo)準(zhǔn)的作法是將函數(shù)原型聲明*放在一個頭文件中，然后在該文件開始處使用#include引用，并在該*文件中定義。**這里我們將函數(shù)的聲明和定義放在一起。所以下面的代碼既是函數(shù)的聲明，*也是函數(shù)的定義。*/staticssize_tdemo_read(structfile*filp,char*buffsize_tcnt,loof_t*off){/*這里是read函數(shù)的代碼*/returnret;}staticssize_tdemo_write(structfile*filp,char*buffsize_tcnt,loff_t*off){/*這里是write函數(shù)的代碼*/returnret;},Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(3),staticintdemo_ioctl(structinode*inode,structfile*filpunsignedintcmd,unsignedlongarg){/*這里是ioctl函數(shù)的代碼，它的一般格式為一個switch分支語句*switch(cmd){*caseCMD1:*...*break;*...*caseCMDn:*...*break*default:*...*break;*}*/returnret;}ioctl()函數(shù)用于控制驅(qū)動程序本身的一些特性和參數(shù)，如設(shè)定驅(qū)動程序使用的緩沖區(qū)的大小，設(shè)定串行通訊的速率等。,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(4),staticintdemo_open(structinode*inode,structfile*filp){/*這里是open函數(shù)的代碼*/returnret;}staticintdemo_close(structinode*inode,structfile*filp){/*這里是close函數(shù)的代碼*/returnret;},上述5個函數(shù)，既read(),write(),ioctl(),open(),close()，是一個字符設(shè)備驅(qū)動程序最基本的需要由驅(qū)動程序的作者完成的函數(shù)。這5個函數(shù)將對應(yīng)于相應(yīng)的5個系統(tǒng)調(diào)用：,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(5),staticstructfile_operationsdemo_fops={read:demo_read,write:demo_write,ioctl:demo_ioctl,open:demo_open,release:demo_close,};,file_operations是一個結(jié)構(gòu)體類型，定義在include/linux/fs.h中。上述代碼定義了一個file_operations類型的結(jié)構(gòu)體demo_fops，并將其中的一些成員賦了初值。結(jié)構(gòu)體demo_fops將作為一個參數(shù)在注冊一個設(shè)備驅(qū)動程序時傳遞給內(nèi)核。內(nèi)核使用設(shè)備鏈表維護(hù)各種注冊的設(shè)備。不同類型的設(shè)備使用不同的鏈表。,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(6),staticint__initdemo_init(void){/*設(shè)備初始化代碼等*/if(register_chrdev(DEMO_MAJOR,“demo”,},Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(7),module_init(demo_init);module_exit(demo_exit);這兩個函數(shù)，module_init()和module_exit()，用于告訴內(nèi)核，當(dāng)一個驅(qū)動程序加載和退出（或撤消）時，需要執(zhí)行的操作。不同驅(qū)動程序在加載和退出時，除了基本的向內(nèi)核注冊設(shè)備驅(qū)動程序外，還有各自的針對具體設(shè)備的操作。,Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)的例子(8),要點總結(jié):宏：__KERNEL__,MODULE,__VERSION____KERNEL__：表明這將是用于內(nèi)核的代碼，否則很多內(nèi)核過程將無法使用。MODULE：如果是以模塊方式編譯，需要定義這個宏；如果是靜態(tài)連接則不用。__VERSION__：定義這個宏則需要驅(qū)動程序的內(nèi)核版本要和內(nèi)核版本一致。module_init()/module_exit():[demo_init()/demo_exit()]每個驅(qū)動程序都要有這兩個函數(shù)，它們分別用于設(shè)備驅(qū)動程序的加載和撤消。staticstructfile_operationsdemo_fops:每個驅(qū)動程序都要有這樣的結(jié)構(gòu)體，可能不止一個。用register_chrdev（）注冊驅(qū)動程序時這個結(jié)構(gòu)體的起始地址被傳送到內(nèi)核的設(shè)備表中。DEMO_MAJOR:每個設(shè)備驅(qū)動程序有一個主設(shè)備號(majornumber)。不同設(shè)備驅(qū)動程序不能使用相同的主設(shè)備號。一個設(shè)備驅(qū)動程序可以管理不同的(但一般是同一類的)設(shè)備，通過次設(shè)備號(minornumber)區(qū)分。demo_open()/close()，read()/write(),ioctl():根據(jù)具體驅(qū)動程序定義和使用。一般open()/close()總是需要的，而且open()和close()一定要成對出現(xiàn)。,設(shè)備驅(qū)動程序的使用,驅(qū)動程序模塊的動態(tài)鏈接和靜態(tài)鏈接創(chuàng)建設(shè)備文件使用設(shè)備,驅(qū)動程序模塊的加載,設(shè)備驅(qū)動程序被靜態(tài)編譯到內(nèi)核中的情況:module_init()指示內(nèi)核在啟動過程中運行設(shè)備的初始化函數(shù)，如demo_init()函數(shù)。驅(qū)動程序的加載隨內(nèi)核的啟動一起完成。靜態(tài)編譯的內(nèi)核模塊不能被動態(tài)卸載，只有到系統(tǒng)關(guān)閉時由內(nèi)核執(zhí)行相應(yīng)的卸載函數(shù)，如demo_exit()。嵌入式操作系統(tǒng)一般使用靜態(tài)內(nèi)核模塊以減少系統(tǒng)的尺寸和復(fù)雜性。設(shè)備驅(qū)動程序被動態(tài)加載到內(nèi)核中的情況:首先，驅(qū)動程序需要被編譯成目標(biāo)文件，如demo.o。在操作系統(tǒng)運行之后，使用insmod命令將驅(qū)動程序模塊動態(tài)加載到內(nèi)核中$insmoddemo.o使用insmod命令動態(tài)加載的內(nèi)核模塊可以使用rmmod命令動態(tài)地從內(nèi)核中卸載$rmmoddemo.o使用內(nèi)核的動態(tài)模塊加載/卸載功能需要內(nèi)核支持kmod功能。,創(chuàng)建設(shè)備文件,使用設(shè)備驅(qū)動,應(yīng)用程序??系統(tǒng)調(diào)用??設(shè)備驅(qū)動程序??設(shè)備（寄存器）使用一個設(shè)備一般需要執(zhí)行如下一些操作：1.打開設(shè)備文件。2.對設(shè)備進(jìn)行必要的設(shè)置，如設(shè)置串口速率。3.對設(shè)備進(jìn)行讀、寫等操作，如通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)。4.結(jié)束對設(shè)備的使用之前，如果改變了設(shè)備的某些設(shè)置，則將其恢復(fù)到缺省狀態(tài)，保證設(shè)備停用后沒有任何不好的副作用。5.關(guān)閉設(shè)備。,,,,使用設(shè)備驅(qū)動,Linux的驅(qū)動開發(fā)調(diào)試有兩種方法,直接編譯到內(nèi)核,再運行新的內(nèi)核來測試。效率較低，但在某些場合是唯一的方法編譯為模塊的形式，單獨加載運行調(diào)試。模塊方式調(diào)試效率很高，它使用insmod工具將編譯的模塊直接插入內(nèi)核，如果出現(xiàn)故障，可以使用rmmod從內(nèi)核中卸載模塊。不需要重新啟動內(nèi)核，這使驅(qū)動調(diào)試效率大大提高。,模塊方式驅(qū)動程序編譯的兩種方法,在內(nèi)核中編譯。“參考內(nèi)核的移植和編譯.ppt中”的一個demo驅(qū)動程序編譯的例子獨立編譯。在驅(qū)動源代碼目錄下編寫makefile鏈接內(nèi)核源代碼，將它編譯為模塊。,