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高手进阶 Linux系统下驱动程序框架概述

http://www.sina.com.cn 2008年03月31日 08:16  赛迪网

  作者:乡村

一、linux的设备驱动程序与外界的接口可以分为三个部分:

1.驱动程序与操作系统内核的接口。通过file_operations(include/linux/fs.h)数据结构来完成的。

2.驱动程序与系统引导的接口。这部分利用驱动程序对设备进行初始化。

3.驱动程序与设备的接口。这部分描述了驱动程序如何与设备进行交互,与具体的设备密切相关。

二、根据功能划分,设备驱动程序的代码有以下几部分:

1.驱动程序的注册和注销。

2.设备的打开和释放。

3.设备的读写操作。

4.设备的控制操作。

5.设备的中断和轮询处理。

三、驱动程序的注册和注销:

设备驱动程序可以在系统启动的时候初始化,也可以在需要的时候动态加载。字符设备的初始化由chr_dev_init()完成,包括对内存(devfs_register_chrdev(MEM_MAJOR,"mem",&memory_fops)),终端(tty_init()),打印机(lp_init()),鼠标(misc_init())等字符设备的初始化。

块设备初始化由blk_dev_init()完成,这包括对IDE硬盘(ide_init()),软盘(floppy_init()),光驱等块设备的初始化。

每个字符设备或是块设备的初始化都是通过devfs_register_chrdev()或是devfs_register_blkdev()向内核注册。在关闭字符设备或是块设备时,还需要通过devfs_unregister_chrdev()或是devfs_unregister_blkdev()从内核中注销设备。

四、设备的打开和释放:

打开设备是由open()来完成的。例如,打印机是用lp_open()打开的,而硬盘是用hd_open()打开的。在大部分设备驱动程序中,open完成如下工作:

1.增加设备的是用计数。

2.检查设备的相关错误,如设备尚未准备好或是类似硬件的问题。

3.检查是首次打开,则初始化设备。

4.识别次设备号,如有必要则更新f_op指针。

5.如果需要,分配且设置要放在filp->private_data里的数据结构。

释放设备由release()来完成,例如释放打印机是用lp_release(),而释放终端设备是用tty_release()。释放设备的一般步骤包括:

1.释放在filp->private_data中的open分配的内存。

2.如果是最后一次释放,则关闭设备。

3.递减设别的使用计数。

五、设备的读写操作:

字符设备使用各自的read()和write()来进行数据读写。例如,对虚拟终端的读写是通过vcs_read()和vcs_write()来进行数据读写的。

块设备使用通用的generic_file_read()和generic_file_write()来进行数据读写。这两个通用函数向请求表添加读写请求,内核可以通过ll_rw_block()优化请求顺序。由于是对内存缓冲区而不是设备进行操作的,因而可以加快读写请求。如果内存缓冲区内没有要读入的数据或是要将写请求写入设备,那么就要真正的执行数据传输。这是通过数据结构request_queue和request_fn()来完成(include/linux/blkdev.h)。

六、设备的控制操作:

除了读写操作,有时还要控制设备。这可以通过设备驱动程序中的ioctl()来完成。例如IDE硬盘的控制可以通过hd_ioctl(),对光驱的控制可以通过cdrom_ioctl()。

与读写操作不同,ioctl()的用法与具体设备密切相关。以软驱的floppy_ioctl()为例(drivers/block/floppy.c):

static int fd_ioctl(struct inode *inode,

struct file *filp,

unsigned int cmd,

unsigned long param);

其中,cmd的取值及含义都是与软驱有关的,比如,FDEJECT表示弹出软盘。

除了ioctl(),设备驱动程序还可能有其他控制函数,比如llseek()等。

七、设备的轮询和中断处理:

对于不支持中断的设备,读写时需要轮询设备状态,以及是否需要继续进行数据传输。例如,打印机。如果设备支持中断,则可按照中断方式进行。

(责任编辑:云子)

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