Linux的驅(qū)動開發(fā)分析

姜遠(yuǎn)志

摘 要：本文分析了linux下的驅(qū)動開發(fā)，對原理進(jìn)行了分析，詳細(xì)描述了IO結(jié)構(gòu)，并對填充實例進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式；系統(tǒng)開發(fā)；驅(qū)動

Linux由于具有內(nèi)核強(qiáng)大且穩(wěn)定，易于擴(kuò)展和裁減，效率高，豐富的硬件支持等許多優(yōu)點，在嵌人式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文基于嵌人式操作系統(tǒng)下設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)需要，闡述相關(guān)技術(shù)原理及設(shè)計要點，探求嵌人式Linux系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動程序的構(gòu)建方法。

1 嵌入式Linux系統(tǒng)驅(qū)動

嵌入式Linux系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和Linux中的大多數(shù)驅(qū)動程序一樣，也是采用層次型的體系結(jié)構(gòu)。編寫設(shè)備驅(qū)動程序，其主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域。Linux的設(shè)備驅(qū)動程序模塊按照方式編譯可以分為兩類。

一類是靜態(tài)鏈接的設(shè)備驅(qū)動程序模塊，這類模塊在編制完成后要與內(nèi)核一起編譯，其與內(nèi)核是不可分割的整體，在系統(tǒng)引導(dǎo)時與內(nèi)核一起加載并駐留內(nèi)存。

另一類設(shè)備驅(qū)動程序采用可動態(tài)加載的模塊。其驅(qū)動程序代碼在使用之前動態(tài)地加載到內(nèi)存中，在設(shè)備使用完畢后即從內(nèi)存中移去其代碼。

嵌入式Linux系統(tǒng)往往應(yīng)用環(huán)境相對固定，系統(tǒng)都經(jīng)過優(yōu)化，盡可能地精簡。嵌入式Linux系統(tǒng)不能夠像桌面Linux那樣靈活地使用insmod/rmmod加載卸載設(shè)備驅(qū)動程序。從嵌入式系統(tǒng)的整體性能考慮，采用靜態(tài)鏈接模塊能夠使得整個系統(tǒng)的性能得到提高。許多廣泛應(yīng)用的嵌入式Linux系統(tǒng)都采用靜態(tài)鏈接的設(shè)備驅(qū)動程序模塊。

2 驅(qū)動程序原理

編寫設(shè)備驅(qū)動程序的原理即基于I/O設(shè)備管理采用的分層模型，l/O設(shè)備管理軟件位于內(nèi)核中的最底層，設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接El，設(shè)備驅(qū)動程序為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)。硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進(jìn)行操作。

⑴工作原理。作為內(nèi)核的一部分，設(shè)備驅(qū)動程序完成對設(shè)備初始化和釋放、把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)、讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)和檢測處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤的功能。Linux設(shè)備主要分兩類：字符設(shè)備和塊設(shè)備，其主要區(qū)別是：在對字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件1/O一般就緊接著發(fā)生了，塊設(shè)備則不然，它利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作為高速緩存，當(dāng)用戶進(jìn)程對設(shè)備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數(shù)據(jù)，如果不能，就調(diào)用請求函數(shù)來進(jìn)行實際的l/O操作。

⑵I/O接口。邏輯l/O層通過內(nèi)核定義的兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊設(shè)備轉(zhuǎn)換表（blkdevs）和字符設(shè)備轉(zhuǎn)換表（chrdevs）來實現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動程序的接口。每個設(shè)備驅(qū)動程序在設(shè)備轉(zhuǎn)換表中占據(jù)一個表項。每個Linux設(shè)備文件都有兩個設(shè)備號，第一個是主設(shè)備號，標(biāo)識驅(qū)動程序，第二個是從設(shè)備號，標(biāo)識使用同一個設(shè)備驅(qū)動程序的不同的硬件設(shè)備。用戶進(jìn)程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設(shè)備文件進(jìn)行read/write等各種操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，然后讀取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給函數(shù)。

3 實例分析

編寫設(shè)備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域，以下為驅(qū)動程序test.c的主要內(nèi)容。函數(shù)read_test（）是為read調(diào)用準(zhǔn)備的。當(dāng)調(diào)用read時，read_test（）被調(diào)用，它把用戶的緩沖區(qū)全部寫1。函數(shù)中的bur是read調(diào)用的一個參數(shù)，是用戶進(jìn)程空間的一個地址。但是在read_test（）被調(diào)用時，系統(tǒng)進(jìn)入核心態(tài)，所以不能使用bur這個地址，必須用put_user（），這是kernel提供的一個函數(shù)，用于向用戶傳送數(shù)據(jù)。

unsigned int test_major = 0；

static int read_test（struct inode* node， struct file *file， char *bur， int count）

{ int left；

if（verify_area（VERIFY_WRITE， bur， count） = = -EFAULT ）

return –EFAULT；

for（1eft = count； left > 0； left--）

{ __put_user（1， bur， 1）；

bur ；}

return count；}

以下是驅(qū)動程序下半部分的其他幾個函數(shù)。

static int write_tibet（struct inode inode， struct file *file， const char *bur， int count）

{return count；}

static int open_tibet（struct inode *inode， struct file *file）

{MOD-INC-USE-COUNT；

return 0；}

static void release_tibet（struct inode *inode， struct file *file）

{MOD-DEC-USE-COUNT；}

4 總結(jié)

論文對linux的驅(qū)動開發(fā)進(jìn)行了分析，指出了其開發(fā)原理以及加載方式的分類，并且以實例進(jìn)行了說明。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周明德.UNIX/Linux內(nèi)核[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]倪繼利.Linux內(nèi)核分析及編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.1.