Linux設備驅動開發(fā)之字符設備驅動編程分析

1．字符設備驅動編寫流程
　　設備驅動程序可以使用模塊的方式動態(tài)加載到內核中去。加載模塊的方式與以往的應用程序開發(fā)有很大的不同。以往在開發(fā)應用程序時都有一個main（）函數作為程序的入口點，而在驅動開發(fā)時卻沒有main（）函數，模塊在調用insmod命令時被加載，此時的入口點是init_module（）函數，通常在該函數中完成設備的注冊。同樣，模塊在調用rmmod命令時被卸載，此時的入口點是cleanup_module（）函數，在該函數中完成設備的卸載。在設備完成注冊加載之后，用戶的應用程序就可以對該設備進行一定的操作，如open（）、read（）、write（）等，而驅動程序就是用于實現這些操作，在用戶應用程序調用相應入口函數時執(zhí)行相關的操作，init_module（）入口點函數則不需要完成其他如read（）、write（）之類功能。
　　上述函數之間的關系如圖11.3所示。
　　
　　圖11.3 設備驅動程序流程圖
　　2．重要數據結構
　　用戶應用程序調用設備的一些功能是在設備驅動程序中定義的，也就是設備驅動程序的入口點，它是一個在《linux/fs.h》中定義的struct file_operations結構，這是一個內核結構，不會出現在用戶空間的程序中，它定義了常見文件I/O函數的入口，如下所示：
　　struct file_operations
　　{
　　loff_t （*llseek） （struct file *， loff_t， int）;
　　ssize_t （*read） （struct file *filp，
　　char *buff， size_t count， loff_t *offp）;
　　ssize_t （*write） （struct file *filp，
　　const char *buff， size_t count， loff_t *offp）;
　　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 （*fasync） （int， struct file *， int）;
　　int （*check_media_change） （kdev_t dev）;
　　int （*revalidate） （kdev_t dev）;
　　int （*lock） （struct file *， int， struct file_lock *）;
　　};
　　這里定義的很多函數是否跟第6章中的文件I/O系統調用類似？其實當時的系統調用函數通過內核，最終調用對應的struct file_operations結構的接口函數（例如，open（）文件操作是通過調用對應文件的file_operations結構的open函數接口而被實現）。當然，每個設備的驅動程序不一定要實現其中所有的函數操作，若不需要定義實現時，則只需將其設為NULL即可。
　　struct inode結構提供了關于設備文件/dev/driver（假設此設備名為driver）的信息，struct file結構提供關于被打開的文件信息，主要用于與文件系統對應的設備驅動程序使用。struct file結構較為重要，這里列出了它的定義：
　　struct file
　　{
　　mode_t f_mode;/*標識文件是否可讀或可寫，FMODE_READ或FMODE_WRITE*/
　　dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty */
　　off_t f_pos; /* 當前文件位移 */
　　unsigned short f_flags; /* 文件標志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */
　　unsigned short f_count; /* 打開的文件數目 */
　　unsigned short f_reada;
　　struct inode *f_inode; /*指向inode的結構指針 */
　　struct file_operations *f_op;/* 文件索引指針 */
　　};
　　3．設備驅動程序主要組成
　?。?）早期版本的字符設備注冊。
　　早期版本的設備注冊使用函數register_chrdev（），調用該函數后就可以向系統申請主設備號，如果register_chrdev（）操作成功，設備名就會出現在/proc/devices文件里。在關閉設備時，通常需要解除原先的設備注冊，此時可使用函數unregister_chrdev（），此后該設備就會從/proc/devices里消失。其中主設備號和次設備號不能大于255。
　　當前不少的字符設備驅動代碼仍然使用這些早期版本的函數接口，但在未來內核的代碼中，將不會出現這種編程接口機制。因此應該盡量使用后面講述的編程機制。
　　register_chrdev（）函數格式如表11.1所示。
　　表11.1 register_chrdev（）函數語法要點
　　所需頭文件#include 《linux/fs.h》
　　函數原型int register_chrdev（unsigned int major， const char *name，struct file_operations *fops）
　　函數傳入值major：設備驅動程序向系統申請的主設備號，如果為0則系統為此驅動程序動態(tài)地分配一個主設備號