嵌入式驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造分析總結(jié)

在Linux系統(tǒng)上編寫驅(qū)動(dòng)程序，說簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，說難也難。難在于對(duì)算法的編寫和設(shè)備的控制方面，是比較讓人頭疼的；說它簡(jiǎn)單是因?yàn)樵贚inux下已經(jīng)有一套驅(qū)動(dòng)開發(fā)的模式，編寫的時(shí)候只需要按照這個(gè)模式寫就可以了，而這個(gè)模式就是它事先定義好的一些結(jié)構(gòu)體，在驅(qū)動(dòng)編寫的時(shí)候，只要對(duì)這些結(jié)構(gòu)體根據(jù)設(shè)備的需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶畛?，就?shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)的編寫。

首先在Linux下，視一切事物皆為文件，它同樣把驅(qū)動(dòng)設(shè)備也看成是文件，對(duì)于簡(jiǎn)單的文件操作，無(wú)非就是open/close/read/write，在Linux對(duì)于文件的操作有一個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：file_operation，它的定義在源碼目錄下的include/linux/fs.h中，內(nèi)容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structfile_operations{

2.structmodule*owner;

3.loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);

4.ssize_t(*read)(structfile*,char__user*,size_t,loff_t*);

5.ssize_t(*write)(structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*);

6.ssize_t(*aio_read)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);

7.ssize_t(*aio_write)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);

8.int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);

9.unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);

10.int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);

11.long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);

12.long(*compat_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);

13.int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);

14.int(*open)(structinode*,structfile*);

15.int(*flush)(structfile*,fl_owner_tid);

16.int(*release)(structinode*,structfile*);

17.int(*fsync)(structfile*,intdatasync);

18.int(*aio_fsync)(structkiocb*,intdatasync);

19.int(*fasync)(int,structfile*,int);

20.int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);

21.ssize_t(*sendpage)(structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int);

22.unsignedlong(*get_unmapped_area)(structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong);

23.int(*check_flags)(int);

24.int(*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);

25.ssize_t(*splice_write)(structpipe_inode_info*,structfile*,loff_t*,size_t,unsignedint);

26.ssize_t(*splice_read)(structfile*,loff_t*,structpipe_inode_info*,size_t,unsignedint);

27.int(*setlease)(structfile*,long,structfile_lock**);

28.};

對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)體中的元素來說，大家可以看到每個(gè)函數(shù)名前都有一個(gè)“*”，所以它們都是指向函數(shù)的指針。目前我們只需要關(guān)心

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);

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

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

這幾條，因?yàn)檫@篇文章就叫簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)。就是讀（read）、寫（write）、控制（ioctl）、打開（open）、卸載（release）。這個(gè)結(jié)構(gòu)體在驅(qū)動(dòng)中的作用就是把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來，它本身就是一系列指針的集合，每一個(gè)都對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。

但是畢竟file_operation是針對(duì)文件定義的一個(gè)結(jié)構(gòu)體，所以在寫驅(qū)動(dòng)時(shí)，其中有一些元素是用不到的，所以在2.6版本引入了一個(gè)針對(duì)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體框架：platform，它是通過結(jié)構(gòu)體platform_device來描述設(shè)備，用platform_driver描述設(shè)備驅(qū)動(dòng)，它們都在源代碼目錄下的include/linux/platform_device.h中定義，內(nèi)容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structplatform_device{

2.constchar*name;

3.intid;

4.structdevicedev;

5.u32num_resources;

6.structresource*resource;

7.conststructplatform_device_id*id_entry;

8./*archspecificadditions*/

9.structpdev_archdataarchdata;

10.};

11.structplatform_driver{

12.int(*probe)(structplatform_device*);

13.int(*remove)(structplatform_device*);

14.void(*shutdown)(structplatform_device*);

15.int(*suspend)(structplatform_device*,pm_message_tstate);

16.int(*resume)(structplatform_device*);

17.structdevice_driverdriver;

18.conststructplatform_device_id*id_table;

19.};

對(duì)于第一個(gè)結(jié)構(gòu)體來說，它的作用就是給一個(gè)設(shè)備進(jìn)行登記作用，相當(dāng)于設(shè)備的身份證，要有姓名，身份證號(hào)，還有你的住址，當(dāng)然其他一些東西就直接從舊身份證上copy過來，這就是其中的struct device dev，這是傳統(tǒng)設(shè)備的一個(gè)封裝，基本就是copy的意思了。對(duì)于第二個(gè)結(jié)構(gòu)體，因?yàn)長(zhǎng)inux源代碼都是C語(yǔ)言編寫的，對(duì)于這里它是利用結(jié)構(gòu)體和函數(shù)指針，來實(shí)現(xiàn)了C語(yǔ)言中沒有的“類”這一種結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)模型成為一個(gè)面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)。對(duì)于其中的struct device_driver driver，它是描述設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是在源代碼目錄下的include/linux/device.h中定義的，內(nèi)容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structdevice_driver{

2.constchar*name;

3.structbus_type*bus;

4.structmodule*owner;

5.constchar*mod_name;/*usedforbuilt-inmodules*/

6.boolsuppress_bind_attrs;/*disablesbind/unbindviasysfs*/

7.#ifdefined(CONFIG_OF)

8.conststructof_device_id*of_match_table;

9.#endif

10.int(*probe)(structdevice*dev);

11.int(*remove)(structdevice*dev);

12.void(*shutdown)(structdevice*dev);

13.int(*suspend)(structdevice*dev,pm_message_tstate);

14.int(*resume)(structdevice*dev);

15.conststructattribute_group**groups;

16.conststructdev_pm_ops*pm;

17.structdriver_private*p;

18.};

依然全部都是以指針的形式定義的所有元素，對(duì)于驅(qū)動(dòng)這一塊來說，每一項(xiàng)肯定都是需要一個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，如果不把它們集合起來，是很難管理的，而且很容易找不到，而且對(duì)于不同的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，它的每一個(gè)功能的函數(shù)名必定是不一樣的，那么我們?cè)陂_發(fā)的時(shí)候，需要用到這些函數(shù)的時(shí)候，就會(huì)很不方便，不可能在使用的時(shí)候去查找對(duì)應(yīng)的源代碼吧，所以就要進(jìn)行一個(gè)封裝，對(duì)于函數(shù)的封裝，在C語(yǔ)言中一個(gè)對(duì)好的辦法就是在結(jié)構(gòu)體中使用指向函數(shù)的指針，這種方法其實(shí)我們?cè)谄綍r(shí)的程序開發(fā)中也可以使用，原則就是體現(xiàn)出一個(gè)“類”的感覺，就是面向?qū)ο蟮乃枷搿?/p>

在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備可以大致分為3類：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而每種設(shè)備中又分為不同的子系統(tǒng)，由于具有自身的一些特殊性質(zhì)，所以有不能歸到某個(gè)已經(jīng)存在的子類中，所以可以說是便于管理，也可以說是為了達(dá)到同一種定義模式，所以linux系統(tǒng)把這些子系統(tǒng)歸為一個(gè)新類：misc ，以結(jié)構(gòu)體miscdevice描述，在源代碼目錄下的include/linux/miscdevice.h中定義，內(nèi)容如下：

[cpp]view plaincopy

1.structmiscdevice{

2.intminor;

3.constchar*name;

4.conststructfile_operations*fops;

5.structlist_headlist;

6.structdevice*parent;

7.structdevice*this_device;

8.constchar*nodename;

9.mode_tmode;

10.};

對(duì)于這些設(shè)備，它們都擁有一個(gè)共同主設(shè)備號(hào)10，所以它們是以次設(shè)備號(hào)來區(qū)分的，對(duì)于它里面的元素，大應(yīng)該很眼熟吧，而且還有一個(gè)我們更熟悉的list_head的元素，這里也可以應(yīng)證我之前說的list_head就是一個(gè)橋梁的說法了。

其實(shí)對(duì)于上面介紹的結(jié)構(gòu)體，里面的元素的作用基本可以見名思意了，所以不用贅述了。其實(shí)寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊就是填充上述的結(jié)構(gòu)體，根據(jù)設(shè)備的功能和用途寫相應(yīng)的函數(shù)，然后對(duì)應(yīng)到結(jié)構(gòu)體中的指針，然后再寫一個(gè)入口一個(gè)出口（就是模塊編程中的init和exit）就可以了，一般情況下入口程序就是在注冊(cè)platform_device和platform_driver（當(dāng)然，這樣說是針對(duì)以platform模式編寫驅(qū)動(dòng)程序）。