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Linux字符设备驱动程序编写基本流程.doc
Linux 字符设备驱动程序编写基本流程
Linux device driver 的概念
系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器
硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件
设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动
程序是内核的一部分，它完成以下的功能:
1、对设备初始化和释放；
2、把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据；
3、读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据；
4、检测和处理设备出现的错误。
在 Linux 操作系统下有三类主要的设备文件类型，一是字符设备，二是块设备，三是网
络设备。字符设备和块设备的主要区别是:在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件 I/O
一般就紧接着发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请
求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的 I/O 操
作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的 CPU 时间来等待。
已经提到，用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道。每个设备文件都都有其文
件属性(c/b)，表示是字符设备还是块设备?另外每个文件都有两个设备号，第一个是主设备
号，标识驱动程序，第二个是从设备号，标识使用同一个设备驱动程序的不同的硬件设备，
比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。设备文件的的主设备号必须与设备驱动程
序在登记时申请的主设备号一致，否则用户进程将无法访问到驱动程序。
1.Linux 驱动程序编写基本流程：
1.首先是一些版本信息，没什么用，但是不能少
#define __NO_VERSION__
#include
#include
char kernel_version[] = UTS_RELEASE;
2. 为 了 把 系 统 调 用 和 驱 动 程 序 关 联 起 来 ， 需 要 一 个 非 常 关 键 的 数 据 结 构 ： struct
file_operations。file_operations 结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程
利用系统调用在对设备文件进行诸如 read/write 操作时，系统调用通过设备文件的主设备号
找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函
数。这是 linux 的设备驱动程序工作的基本原理。编写设备驱动程序的主要工作就是编写子
函数，并填充 file_operations 的各个域
3.简单驱动程序的编写（test.c）：
a.包含一些基本的头文件。
b.编写一些功能函数，比如 read()，write()等。这些函数被调用时系统进入和心态。
c.定义 struct file_operations 结构的对象，填充结构体。结构体中功能的顺序不能改变，若一
些功能没有实现就用 NULL 填充，已经实现的功能如 read()、write()分别添加到对应的位置。
这步实现的是函数的注册。到这里驱动程序的主体可以说是写好了。现在需要把驱动程序嵌
入内核。
d.注册设备驱动程序，使用 register_chrdev 注册字符型设备。函数原型为：
int register_chrdev(0, “test_name”, &test_file_operations)
函数返回主设备号，若注册成功返回值大于 0。
第一个参数：主设备号。第二个参数：注册的设备名。第三个参数：结构体名（设备相关操
作方式，驱动程序实际执行操作的函数的指针）。
这个函数由 int init_module(void)函数调用，这个函数在系统启动时注册到内核时调用。
e.在用 rmmod 卸载模块时，cleanup_module 函数被调用，它释放字符设备 test 在系统字符设
备表中占有的表项。
void cleanup_module(void)
{
unregister_chrdev(test_major, “test”);
}
到这里 test.c 基本就编写完成了。一个简单的字符设备可以说写好了。
4.编译
$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.o test.c
得到文件 test.o 就是一个设备驱动程序。
如果设备驱动程序有多个文件，把每个文件按上面的命令行编译，然后
ld -r file1.o file2.o -o modulename
驱动程序已经编译好了，现在把它安装到系统中去。
$ insmod -f test.o
安装成功在/proc/devices 文件中就可以看到设备 test，并可以看到主设备号。要卸载运行：
$ rmmod test
5.创建设备节点
mkmod /dev/test c major minor
c 是指字符设备，major 是主设备号，minor 是从设备号，一般可以设置为 0
以上就是 Linux 驱动编写的基本过程了，可能有遗漏的地方，这个我只是按我理解的整理的。
具体问题还要在实践中再进行研究。
1.Linux 驱动程序编写基本流程：
1.首先是一些版本信息，没什么用，但是不能少
#define __NO_VERSION__
#include
#include
2.为了把系统调用和驱动程序关联起来，需要一
char kernel_version[] = UTS_RELEASE;
个非常关键的数据结构：struct file_operations。file_operations 结构的每一个成员的名字都对
应着一个系统调用。用户进程利用系统调用在对设备文件进行诸如 read/write 操作时，系统
调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数
指针，接着把控制权交给该函数。这是 linux 的设备驱动程序工作的基本原理。编写设备驱
动程序的主要工作就是编写子函数，并填充 file_operations 的各个域
3.简单驱动程序的编写（test.c）：
a.包含一些基本的头文件。
b.编写一些功能函数，比如 read()，write()等。这些函数被调用时系统进入和心态。
c.定义 struct file_operations 结构的对象，填充结构体。结构体中功能的顺序不能改变，若一
些功能没有实现就用 NULL 填充，已经实现的功能如 read()、write()分别添加到对应的位置。
这步实现的是函数的注册。到这里驱动程序的主体可以说是写好了。现在需要把驱动程序嵌
入内核。
d.注册设备驱动程序，使用 register_chrdev 注册字符型设备。函数原型为：
int register_chrdev(0, “test_name”, &test_file_operations)
函数返回主设备号，若注册成功返回值大于 0。
第一个参数：主设备号。第二个参数：注册的设备名。第三个参数：结构体名（设备相关操
作方式，驱动程序实际执行操作的函数的指针）。
这个函数由 int init_module(void)函数调用，这个函数在系统启动时注册到内核时调用。e.在
用 rmmod 卸载模块时，cleanup_module 函数被调用，它释放字符设备 test 在系统字符设备
表中占有的表项。
void cleanup_module(void)
{
unregister_chrdev(test_major, “test”);
}
到这里 test.c 基本就编写完成了。一个简单的字符设备可以说写好了。
$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.o test.c
得到文件 test.o 就是一个设备驱动程序。
如果设备驱动程序有多个文件，把每个文件按上面的命令行编译，然后
ld -r file1.o file2.o -o modulename
驱动程序已经编译好了，现在把它安装到系统中去。
$ insmod -f test.o
安装成功在/proc/devices 文件中就可以看到设备 test，并可以看到主设备号。要卸载运行：
$ rmmod test
5.创建设备节点
mkmod /dev/test c major minor
c 是指字符设备，major 是主设备号，minor 是从设备号，一般可以设置为 0
以上就是 Linux 驱动编写的基本过程了，可能有遗漏的地方，这个我只是按我理解的整理的。
具体问题还要在实践中再进行研究。
4.编译
二、实例剖析
我们来写一个最简单的字符设备驱动程序。虽然它什么也不做，但是通过它可以了解
Linux 的设备驱动程序的工作原理。把下面的 C 代码输入机器，你就会获得一个真正的设备
驱动程序。
由于用户进程是通过设备文件同硬件打交道，对设备文件的操作方式不外乎就是一些系
统调用，如 open，read，write，close…， 注意，不是 fopen， fread，但是如何把系统调用
和驱动程序关联起来呢?这需要了解一个非常关键的数据结构：
struct file_operations {
int (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);
int (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);
int (*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 *);
int (*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);
}
这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用在对设备
文件进行诸如 read/write 操作时，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程
序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数。这是 linux 的设备
驱动程序工作的基本原理。既然是这样，则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，
并填充 file_operations 的各个域。
下面就开始写子程序。
#include 基本的类型定义
#include 文件系统使用相关的头文件
#include
#include
#include
unsigned int test_major = 0;
static int read_test(struct inode *inode，struct file *file，char *buf，int count)
{
int left; 用户空间和内核空间
if (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )
return -EFAULT;
for(left = count ; left > 0 ; left--)
{
__put_user(1，buf，1);
buf++;
}
return count;
}
这个函数是为 read 调用准备的。当调用 read 时，read_test()被调用，它把用户的缓冲区
全部写 1。buf 是 read 调用的一个参数。它是用户进程空间的一个地址。但是在 read_test
被调用时，系统进入核心态。所以不能使用 buf 这个地址，必须用__put_user()，这是 kernel
提供的一个函数，用于向用户传送数据。另外还有很多类似功能的函数。请参考，在向用户
空间拷贝数据之前，必须验证 buf 是否可用。这就用到函数 verify_area。为了验证 BUF 是
否可以用。
static int write_test(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)
{
return count;
}
static int open_test(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_INC_USE_COUNT; 模块计数加以，表示当前内核有个设备加载内核当中去
return 0;
}
static void release_test(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
}
这几个函数都是空操作。实际调用发生时什么也不做，他们仅仅为下面的结构提供函数
指针。
struct file_operations test_fops = {?
read_test，
write_test，
open_test，
release_test，
};
设备驱动程序的主体可以说是写好了。现在要把驱动程序嵌入内核。驱动程序可以按照
两种方式编译。一种是编译进 kernel，另一种是编译成模块(modules)，如果编译进内核的话，
会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态的卸载，不利于调试，所以推荐
使用模块方式。
int init_module(void)
{
int result;
result = register_chrdev(0， "test"， &test_fops); 对设备操作的整个接口
if (result < 0) {
printk(KERN_INFO "test: can't get major number\n");
return result;
}
if (test_major == 0) test_major = result; /* dynamic */
return 0;
}
在用 insmod 命令将编译好的模块调入内存时，init_module 函数被调用。在这里，
init_module 只做了一件事，就是向系统的字符设备表登记了一个字符设备。register_chrdev
需要三个参数，参数一是希望获得的设备号，如果是零的话，系统将选择一个没有被占用的
设备号返回。参数二是设备文件名，参数三用来登记驱动程序实际执行操作的函数的指针。
如果登记成功，返回设备的主设备号，不成功，返回一个负值。
void cleanup_module(void)
{
unregister_chrdev(test_major，"test");
}
在用 rmmod 卸载模块时，cleanup_module 函数被调用，它释放字符设备 test 在系统字
符设备表中占有的表项。
一个极其简单的字符设备可以说写好了，文件名就叫 test.c 吧。
下面编译 :
$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c –c 表示输出制定名，自动生成.o 文件
得到文件 test.o 就是一个设备驱动程序。
如果设备驱动程序有多个文件，把每个文件按上面的命令行编译，然后
ld ?-r ?file1.o ?file2.o ?-o ?modulename。
驱动程序已经编译好了，现在把它安装到系统中去。
$ insmod ?–f ?test.o
如果安装成功，在/proc/devices 文件中就可以看到设备 test，并可以看到它的主设备号。要
卸载的话，运行 :
$ rmmod test
下一步要创建设备文件。
mknod /dev/test c major minor
c 是指字符设备，major 是主设备号，就是在/proc/devices 里看到的。
用 shell 命令
$ cat /proc/devices
就可以获得主设备号，可以把上面的命令行加入你的 shell script 中去。
minor 是从设备号，设置成 0 就可以了。
我们现在可以通过设备文件来访问我们的驱动程序。写一个小小的测试程序。
#include
#include
#include
#include
main()
{
int testdev;
int i;
char buf[10];
testdev = open("/dev/test"，O_RDWR);
if ( testdev == -1 )
{
printf("Cann't open file \n");
exit(0);
}
read(testdev，buf，10);
for (i = 0; i < 10;i++)
printf("%d\n"，buf[i]);
close(testdev);
}
编译运行，看看是不是打印出全 1 ？
以上只是一个简单的演示。真正实用的驱动程序要复杂的多，要处理如中断，DMA，
I/O port 等问
本 文 来 自 CSDN 博 客 ， 转 载 请 标 明 出 处 ：
http://blog.csdn.net/zhenwenxian/archive/2010/03/28/5424375.aspx
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