字符设备驱动程序总结（精选6篇）
字符设备驱动程序总结 第1篇
Linux下的设备驱动程序被组织为一组完成不同任务的函数的集合，通过这些函数使得linux的设备操作犹如文件一般，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，如open、close()、read()、write() 等。
Linux主要将设备分为二类：字符设备和块设备。字符设备是指设备发送和接收数据以字符的形式进行;而块设备则以整个数据缓冲区的形式进行。字符设备的驱动相对比较简单。
下面我们来假设一个非常简单的虚拟字符设备：这个设备中只有一个4个字节的全局变量int global_var，而这个设备的名字叫做“globalvar”。对“globalvar”设备的读写等操作即是对其中全局变量global_var的操作。
驱动程序是内核的一部分，因此我们需要给其添加模块初始化函数，该函数用来完成对所控设备的初始化工作，并调用register_chrdev() 函数注册字符设备：
static int __init globalvar_init(void){ if (register_chrdev(MAJOR_NUM, “ globalvar ”, &gobalvar_fops)) { //…注册失败 } else { //…注册成功 }}
其中，register_chrdev函数中的参数MAJOR_NUM为主设备号, “globalvar”为设备名，globalvar_fops为包含基本函数入口点的结构体，类型为file_operations。当globalvar模块被加载时，globalvar_init被执行，它将调用内核函数register_chrdev，把驱动程序的基本入口点指针存放在内核的字符设备地址表中，在用户进程对该设备执行系统调用时提供入口地址。
与模块初始化函数对应的就是模块卸载函数，需要调用register_chrdev()的“反函数”
unregister_chrdev()：static void __exit globalvar_exit(void){ if (unregister_chrdev(MAJOR_NUM, “ globalvar ”)) { //…卸载失败 } else { //…卸载成功 }}
随着内核不断增加新的功能，file_operations结构体已逐渐变得越来越大，但是大多数的驱动程序只是利用了其中的一部分。对于字符设备来说，要提供的主要入口有：open()、release()、read()、write()、ioctl()、llseek()、poll()等。
open()函数 对设备特殊文件进行open()系统调用时，将调用驱动程序的open() 函数：
int (*open)(struct inode * ,struct file *);
其中参数inode为设备特殊文件的inode (索引结点) 结构的指针，参数file是指向这一设备的文件结构的指针。open()的主要任务是确定硬件处在就绪状态、验证次设备号的合法性(次设备号可以用 MINOR(inode->i - rdev) 取得)、控制使用设备的进程数、根据执行情况返回状态码(0表示成功，负数表示存在错误)等;
release()函数 当最后一个打开设备的用户进程执行close ()系统调用时，内核将调用驱动程序的release() 函数：
void (*release) (struct inode * ,struct file *) ;
release 函数的主要任务是清理未结束的输入/输出操作、释放资源、用户自定义排他标志的复位等。
read()函数 当对设备特殊文件进行read() 系统调用时，将调用驱动程序read()函数：
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
用来从设备中读取数据。当该函数指针被赋为NULL 值时，将导致read 系统调用出错并返回-EINVAL(“Invalid argument，非法参数”)。函数返回非负值表示成功读取的字节数(返回值为“signed size”数据类型，通常就是目标平台上的固有整数类型)。
globalvar_read函数中内核空间与用户空间的内存交互需要借助第2节所介绍的函数：
static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off){ … copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int)); …}
write( ) 函数 当设备特殊文件进行write () 系统调用时，将调用驱动程序的write () 函数：
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
向设备发送数据。如果没有这个函数，write 系统调用会向调用程序返回一个-EINVAL。如果返回值非负，则表示成功写入的字节数。
globalvar_write函数中内核空间与用户空间的内存交互需要借助第2节所介绍的函数：
static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off){…copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int));…}
ioctl() 函数 该函数是特殊的控制函数，可以通过它向设备传递控制信息或从设备取得状态信息，函数原型为：
int (*ioctl) (struct inode * ,struct file * ,unsigned int ,unsigned long);
unsigned int参数为设备驱动程序要执行的命令的代码，由用户自定义，unsigned long参数为相应的命令提供参数，类型可以是整型、指针等。如果设备不提供ioctl 入口点，则对于任何内核未预先定义的请求，ioctl 系统调用将返回错误(-ENOTTY，“No such ioctl fordevice，该设备无此ioctl 命令”)。如果该设备方法返回一个非负值，那么该值会被返回给调用程序以表示调用成功。
llseek()函数 该函数用来修改文件的当前读写位置，并将新位置作为(正的)返回值返回，原型为：
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
poll()函数 poll 方法是poll 和select 这两个系统调用的后端实现，用来查询设备是否可读或可写，或是否处于某种特殊状态，原型为：
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
我们将在“设备的阻塞与非阻塞操作”一节对该函数进行更深入的介绍，
设备“gobalvar”的驱动程序的这些函数应分别命名为gobalvar_open、gobalvar_ release、gobalvar_read、gobalvar_write、gobalvar_ioctl，因此设备“gobalvar”的基本入口点结构变量gobalvar_fops 赋值如下：
struct file_operations gobalvar_fops = { read: gobalvar_read, write: gobalvar_write,};
上述代码中对gobalvar_fops的初始化方法并不是标准C所支持的，属于GNU扩展语法。
完整的globalvar.c文件源代码如下：
#include #include #include #include MODULE_LICENSE(“GPL”);#define MAJOR_NUM 254 //主设备号static ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);static ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);//初始化字符设备驱动的file_operations结构体struct file_operations globalvar_fops ={ read: globalvar_read, write: globalvar_write,};static int global_var = 0; //“globalvar”设备的全局变量static int __init globalvar_init(void){ int ret; //注册设备驱动 ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, “globalvar”, &globalvar_fops); if (ret) { printk(“globalvar register failure”); } else { printk(“globalvar register success”); } return ret;}static void __exit globalvar_exit(void){ int ret; //注销设备驱动 ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, “globalvar”); if (ret) { printk(“globalvar unregister failure”); } else { printk(“globalvar unregister success”); }}static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off){ //将global_var从内核空间复制到用户空间 if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int))) { return - EFAULT; } return sizeof(int);}static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off){ //将用户空间的数据复制到内核空间的global_var if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int))) { return - EFAULT; } return sizeof(int);}module_init(globalvar_init);module_exit(globalvar_exit); 运行：gcc -D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX -I /usr/local/src/linux2.4/include -c -o globalvar.o globalvar.c 编译代码，运行：inmod globalvar.o 加载globalvar模块，再运行：cat /proc/devices 发现其中多出了“254 globalvar”一行，如下图： 接着我们可以运行：mknod /dev/globalvar c 254 0 创建设备节点，用户进程通过/dev/globalvar这个路径就可以访问到这个全局变量虚拟设备了。我们写一个用户态的程序globalvartest.c来验证上述设备：#include #include #include #include main(){ int fd, num; //打开“/dev/globalvar” fd = open(“/dev/globalvar”, O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); if (fd != -1 ) { //初次读globalvar read(fd, &num, sizeof(int)); printf(“The globalvar is %d ”, num); //写globalvar printf(“Please input the num written to globalvar ”); scanf(“%d”, &num); write(fd, &num, sizeof(int)); //再次读globalvar read(fd, &num, sizeof(int)); printf(“The globalvar is %d ”, num); //关闭“/dev/globalvar” close(fd); } else { printf(“Device open failure ”); }} 编译上述文件：gcc -o globalvartest.o globalvartest.c 运行./globalvartest.o 可以发现“globalvar”设备可以正确的读写。
字符设备驱动程序总结 第2篇
1）字符串操作
strcpy(p, p1)复制字符串
strncpy(p, p1, n)复制指定长度字符串 strcat(p, p1)附加字符串
strncat(p, p1, n)附加指定长度字符串 strlen(p)取字符串长度 strcmp(p, p1)比较字符串 strcasecmp忽略大小写比较字符串 strncmp(p, p1, n)比较指定长度字符串 strchr(p, c)在字符串中查找指定字符 strrchr(p, c)在字符串中反向查找 strstr(p, p1)查找字符串
strpbrk(p, p1)以目标字符串的所有字符作为集合，在当前字符串查找该集合的任一元素 strspn(p, p1)以目标字符串的所有字符作为集合，在当前字符串查找不属于该集合的任一元素的偏移
strcspn(p, p1)以目标字符串的所有字符作为集合，在当前字符串查找属于该集合的任一元素的偏移
* 具有指定长度的字符串处理函数在已处理的字符串之后填补零结尾符
2）字符串到数值类型的转换
strtod(p, ppend)从字符串 p 中转换 double 类型数值，并将后续的字符串指针存储到 ppend 指向的 char* 类型存储。
strtol(p, ppend, base)从字符串 p 中转换 long 类型整型数值，base 显式设置转换的整
型进制，设置为 0 以根据特定格式判断所用进制，0x, 0X 前缀以解释为十六进制格式整型，0 前缀以解释为八进制格式整型 atoi(p)字符串转换到 int 整型 atof(p)字符串转换到 double 符点数 atol(p)字符串转换到 long 整型
3）字符检查
isalpha()检查是否为字母字符 isupper()检查是否为大写字母字符 islower()检查是否为小写字母字符 isdigit()检查是否为数字
isxdigit()检查是否为十六进制数字表示的有效字符 isspace()检查是否为空格类型字符 iscntrl()检查是否为控制字符 ispunct()检查是否为标点符号 isalnum()检查是否为字母和数字 isprint()检查是否是可打印字符
isgraph()检查是否是图形字符，等效于 isalnum()| ispunct()
4）函数原型
原型：strcpy(char destination[], const char source[]);功能：将字符串source拷贝到字符串destination中 例程：
#include
void main(void){
char str1[10] = { “TsinghuaOK”};
char str2[10] = { “Computer”};
cout < 注意：在定义数组时，字符数组1的字符串长度必须大于或等于字符串2的字符串长度。不能用赋值语句将一个字符串常量或字符数组直接赋给一个字符数组。所有字符串处理函数都包含在头文件string.h中。 strncpy(char destination[], const char source[], int numchars);strncpy：将字符串source中前numchars个字符拷贝到字符串destination中。strncpy函数应用举例 原型：strncpy(char destination[], const char source[], int numchars);功能：将字符串source中前numchars个字符拷贝到字符串destination中 例程： #include char str1[10] = { “Tsinghua ”}; char str2[10] = { “Computer”}; cout < 原型：strcat(char target[], const char source[]);功能：将字符串source接到字符串target的后面 例程： #include char str1[] = { “Tsinghua ”}; char str2[] = { “Computer”}; cout < 原型：strncat(char target[], const char source[], int numchars);功能：将字符串source的前numchars个字符接到字符串target的后面 例程： #include char str1[] = { “Tsinghua ”}; char str2[] = { “Computer”}; cout < 原型：int strcmp(const char firststring[], const char secondstring);功能：比较两个字符串firststring和secondstring 例程： #include void main(void){ char buf1[] = “aaa”; char buf2[] = “bbb”; char buf3[] = “ccc”; int ptr; ptr = strcmp(buf2,buf1); if(ptr > 0) cout <<“Buffer 2 is greater than buffer 1”< else cout <<“Buffer 2 is less than buffer 1”< ptr = strcmp(buf2,buf3); if(ptr > 0) cout <<“Buffer 2 is greater than buffer 3”< else cout <<“Buffer 2 is less than buffer 3”< 原型：strlen(const char string[]);功能：统计字符串string中字符的个数 例程： #include cout <<“The length of the string is :”< void *memset(void *dest, int c, size_t count);将dest前面count个字符置为字符c.返回dest的值.void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count);从src复制count字节的字符到dest.如果src和dest出现重叠, 函数会自动处理.返回dest的值.void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count);从src复制count字节的字符到dest.与memmove功能一样, 只是不能处理src和dest出现重叠.返回dest的值.void *memchr(const void *buf, int c, size_t count);在buf前面count字节中查找首次出现字符c的位置.找到了字符c或者已经搜寻了count个字节, 查找即停止.操作成功则返回buf中首次出现c的位置指针, 否则返回NULL.void *_memccpy(void *dest, const void *src, int c, size_t count);从src复制0个或多个字节的字符到dest.当字符c被复制或者count个字符被复制时, 复制停止.如果字符c被复制, 函数返回这个字符后面紧挨一个字符位置的指针.否则返回NULL.int memcmp(const void *buf1, const void *buf2, size_t count);比较buf1和buf2前面count个字节大小.返回值< 0, 表示buf1小于buf2;返回值为0, 表示buf1等于buf2;返回值> 0, 表示buf1大于buf2.int memicmp(const void *buf1, const void *buf2, size_t count);比较buf1和buf2前面count个字节.与memcmp不同的是, 它不区分大小写.返回值同上.char *strrev(char *string);将字符串string中的字符顺序颠倒过来.NULL结束符位置不变.返回调整后的字符串的指针.char *_strupr(char *string);将string中所有小写字母替换成相应的大写字母, 其它字符保持不变.返回调整后的字符串的指针.char *_strlwr(char *string);将string中所有大写字母替换成相应的小写字母, 其它字符保持不变.返回调整后的字符串的指针.char *strchr(const char *string, int c);查找字 串string中首次出现的位置, NULL结束符也包含在查找中.返回一个指针, 指向字符c在字符串string中首次出现的位置, 如果没有找到, 则返回NULL.char *strrchr(const char *string, int c);查找字符c在字符串string中最后一次出现的位置, 也就是对string进行反序搜索, 包含NULL结束符.返回一个指针, 指向字符c在字符串string中最后一次出现的位置, 如果没有找到, 则返回NULL.char *strstr(const char *string, const char *strSearch);在字符串string中查找strSearch子串.返回子串strSearch在string中首次出现位置的指针.如果没有找到子串strSearch, 则返回NULL.如果子串strSearch为空串, 函数返回string值.char *strdup(const char *strSource);函数运行中会自己调用malloc函数为复制strSource字符串分配存储空间, 然后再将strSource复制到分配到的空间中.注意要及时释放这个分配的空间.返回一个指针, 指向为复制字符串分配的空间;如果分配空间失败, 则返回NULL值.char *strcat(char *strDestination, const char *strSource);将源串strSource添加到目标串strDestination后面, 并在得到的新串后面加上NULL结束符.源串strSource的字符会覆盖目标串strDestination后面的结束符NULL.在字符串的复制或添加过程中没有溢出检查, 所以要保证目标串空间足够大.不能处理源串与目标串重叠的情况.函数返回strDestination值.char *strncat(char *strDestination, const char *strSource, size_t count);将源串strSource开始的count个字符添加到目标串strDest后.源串strSource的字符会覆盖目标串strDestination后面的结束符NULL.如果count大于源串长度, 则会用源串的长度值替换count值.得到的新串后面会自动加上NULL结束符.与strcat函数一样, 本函数不能处理源串与目标串重叠的情况.函数返回strDestination值.char *strcpy(char *strDestination, const char *strSource);复制源串strSource到目标串strDestination所指定的位置, 包含NULL结束符.不能处理源串与目标串重叠的情况.函数返回strDestination值.char *strncpy(char *strDestination, const char *strSource, size_t count);将源串strSource开始的count个字符复制到目标串strDestination所指定的位置.如果count值小于或等于strSource串的长度, 不会自动添加NULL结束符目标串中, 而count大于strSource串的长度时, 则将strSource用NULL结束符填充补齐count个字符, 复制到目标串中.不能处理源串与目标串重叠的情况.函数返回strDestination值.char *strset(char *string, int c);将string串的所有字符设置为字符c, 遇到NULL结束符停止.函数返回内容调整后的string指针.char *strnset(char *string, int c, size_t count);将string串开始count个字符设置为字符c, 如果count值大于string串的长度, 将用string的长度替换count值.函数返回内容调整后的string指针.size_t strspn(const char *string, const char *strCharSet);查找任何一个不包含在strCharSet串中的字符(字符串结束符NULL除外)在string串中首次出现的位置序号.返回一个整数值, 指定在string中全部由characters中的字符组成的子串的长度.如果string以一个不包含在strCharSet中的字符开头, 函数将返回0值.size_t strcspn(const char *string, const char *strCharSet);查找strCharSet串中任何一个字符在string串中首次出现的位置序号, 包含字符串结束符NULL.返回一个整数值, 指定在string中全部由非characters中的字符组成的子串的长度.如果string以一个包含在strCharSet中的字符开头, 函数将返回0值.char *strspnp(const char *string, const char *strCharSet);查找任何一个不包含在strCharSet串中的字符(字符串结束符NULL除外)在string串中首 次出现的位置指针.返回一个指针, 指向非strCharSet中的字符在string中首次出现的位置.char *strpbrk(const char *string, const char *strCharSet); Linux系统中,设备驱动程序是操作系统内核的重要组成部分,它与硬件设备之间建立了标准的抽象接口。通过这个接口,用户可以像处理普通文件一样,对硬件设备进行打开(open)、关闭(close)、读写(read/write)等操作。通过分析和设计设备驱动程序,可以深入理解Linux系统和进行系统开发。Linux设备分为字符设备、块设备和网络设备。字符设备是不需要缓冲而直接读写的设备,如串口、键盘、鼠标等;块设备的访问通常需要缓冲来支持,以数据块为单位来读写,如磁盘设备等;网络设备是通过套接字来访问的特殊设备。本文主要讨论字符设备驱动程序的设计。 2 预定义和必要的头文件 首先,在包含任何头文件前,我们需要在预定义器中定义符号__KERNEL__。这个符号用于选择使用头文件的哪一部分。由于libc包含了这些头文件,应用程序最终也会包含内核头文件,但应用程序不需要内核原型。于是就用__KERNEL__符号将那些额外的去掉。将内核符号和宏开放给用户空间的程序会造成那个程序的名字空间污染。 另一个很重要的符号就是MODULE,必须包含 对于连接的每一个不同版本的内核,模块都要相应地编译一次。version.h定义了整数宏LINUX_VERSION_CODE。这个宏展开后是内核版本的二进制表示,利用这个信息,可以判断出处理的是哪个版本的内核。 当用户利用类结构加载模块时,在标准输出设备和系统日志上会显示一个坏模块的出错信息。为了消除这条信息,用户需要为MODULE_LICENSE()宏增加一个示例,例如MODULE_LICENSE("GPL")。这种2.4内核以后的版本才引入的宏,可以将模块定义为获得GPL Version 2或更新版本许可的模块。 为了确保模块是否可以安全地卸载,系统为每个模块保留了一个使用计数。由于模块忙的时候是不能卸载模块的,系统需要这些信息。例如你不能在应用程序使用某个设备时就去掉它。驱动程序通过宏来维持使用计数。下面是示例代码: 3 模块初始化和终止 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。 一个应用程序是从头到尾完成一个任务,而模块则是为了以后处理某些请求而注册自己,完成这个任务后它的“主”函数就立即中止了。 以前旧版本内核下的硬件驱动程序有一个普遍的问题,就是对初始化模块和终止功能的名称进行假设。当开发人员编写旧版本内核下的硬件驱动程序时,如果使用缺省的名称init_module()和cleanup_module(),那么就不需要对初始化模块和清除功能的名称进行记录。这种方法经常会出现错误,已逐渐被淘汰。现在用户必须使用module_init()宏和module_exit()宏对初始化和退出规程的名称进行记录。 4 装配和卸载设备驱动程序 4.1 装配设备驱动程序 内核利用主设备号将设备与相应的驱动程序对应起来。主设备号标识设备对应的驱动程序。向系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主设备号。这一赋值过程应该在驱动程序(模块)的初始化过程中完成,它调用如下函数,这个函数定义在 int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operation*fops) 返回值是错误码。当出错时返回一个负值;成功时返回零或正值。参数major是所请求的主设备号,name是你的设备的名字,fops是一个指向跳转表的指针,利用这个跳转表完成对设备函数的调用。 一旦设备已经注册到内核表中,无论何时操作与你的设备驱动程序的主设备号匹配的设备文件,内核都会通过fops跳转表索引调用驱动程序中的正确函数。 某些主设备号已经静态地分配给了大部分公用设备。于是需要选择一个不用的设备号作为主设备号。如果调用register_chrdev时major为零的话,这个函数就会选择一个空闲号码并作为返回值返回。下面是示例代码: 4.2 卸载设备驱动程序 当从系统中卸载一个模块时,应该释放主设备号。这以操作可以在模块终止中调用如下函数完成: int unregister_chrdev(unsigned int major,const char*name); 参数是要释放的主设备号和相应的设备名。 5 文件操作 无论哪种类型的设备,Linux都是通过在内核中维护特殊的设备控制块来与设备驱动程序接口的。在字符设备的控制块中,有一个重要的数据结构file_operations,该结构中包含了驱动程序提供给应用程序访问硬件设备的各种方法,内核使用file_operations结构访问驱动程序的函数。 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。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。 register_chrdev调用中有一个参数是fops,它是一个指向一组操作(open、read等等)表的指针。这个表的每一个项都指向驱动程序定义的处理相应请求的函数。 5.1 打开和关闭设备 open方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的。此外,open方法还会增加设备计数,以便防止文件在关闭前模块被卸载出内核。 使用计数减1非常重要,因为如果计数不归0,内核是不会卸载模块的。 以上示例的这两个函数都是空操作。实际调用发生时什么也不做,他们仅仅为my_fops的结构提供函数指针。 5.2 读写设备 读写设备意味着要完成内核空间和用户空间的数据传输。由于指针只能在当前地址空间操作,而驱动程序运行在内核空间,数据缓冲区则在用户空间,因此这一操作不能通过通常的方法如利用指针或memcpy完成,而是通过一些内核提供的函数来完成。这些函数定义都在include/asm/uaccess.h中, 1) unsigned long copy_to_user(void*to,void*from,unsigned long len); 从内核空间复制数据到用户空间。 2) unsigned long copy_from_user(void*to,void*from,unsigned long len); 从用户空间复制数据到内核空间。 3) int put_user(expression,address); expression值写到用户空间的address地址。 4) int get_user(lvalue,address); 从地址address取得数据并赋值给lvalue。 因此读写设备通常是使用以上函数来进行内核空间和用户空间的数据传输,它也是设备驱动程序的主要作用。下面是示例代码: 5.3 ioctl方法 通常补充设备读写功能之一的就是控制硬件,最常用的通过设备驱动程序完成控制动作的方法就是实现ioctl方法。与read和其它方法不同,ioctl允许应用程序访问被驱动硬件的特殊功能--配置设备以及进入或推出操作模式。下面是示例代码: 如上所示,大多数ioctl实现都包括一个switch语句来根据arg1参数选择正确的操作。不同的命令对应不同的数值,为了简化代码我们通常会使用符号名来代替数值。这些符号都是在预处理中赋值的。不同的驱动程序通常会在它们的头文件中声明这些符号。 6 其它需要考虑的因素 在与硬件设备的接口时,Linux为设备驱动程序访问I/O端口、硬件中断和DMA提供了简便方法,相应的头文件分别为io.h、irq.h、dma.h。在Linux下,操作系统没有对I/O口屏蔽,也就是说,任何驱动程序都可对任意的I/O口操作,这样就很容易引起混乱。每个驱动程序应该自己避免误用端口。函数check_region和request_region保证我们使用空闲的端口。同处理I/O端口一样,要使用一个中断,必须先向系统登记,使用函数request_irq。 设备驱动程序作为内核的一部分,不能使用虚拟内存,必须利用内核提供的kmalloc()与kfree()来申请和释放内核存储空间。 参考文献 关键词：设备驱动；应用程序；移植；程序 为了保证操作系统的平安性和稳定性以及应用程序的可移植性，Windows操作系统不答应应用程序直接访问系统的硬件资源，而是必须借助于相应的设备驱动程序。设备驱动程序可以直接操作硬件，假如应用程序和设备驱动程序之间实现了双向通信，也就达到了应用程序控制底层硬件设备的目的。 鉴于设备驱动程序通知应用程序的重要性，本人结合一些经验，对它进行了总结，归纳出5种方法摘要：异步过程调用（APC）、事件方式（VxD）、消息方式、异步I/O方式和事件方式（WDM）。下面分别说明这几种方式的原理。 一、异步过程调用（APC） Win32应用程序使用CreateFile（）函数动态加载设备驱动程序，然后定义一个回调函数backFunc（），并且将回调函数的地址%26amp；backFunc（）作为参数，通过DeviceIoControl（）传送给设备驱动程序。设备驱动程序获得回调函数的地址后，将它保存在一个全局变量（如callback）中，同时调用Get_Cur_Thread_Handle（）函数获取它的应用程序线程的句柄，并且将该句柄保存在一个全局变量（如appthread）中。当条件成熟时，设备驱动程序调用_VWIN32_QueueUserApc（）函数，向Win32应用程序发送消息。这个函数带有三个参数摘要：第一个参数为回调函数的地址（已经注册）；第二个参数为传递给回调函数的消息；第三个参数为调用者的线程句柄（已经注册）。Win32应用程序收到消息后，自动调用回调函数（实际是由设备驱动程序调用）。回调函数的输入参数是由设备驱动程序填入的，回调函数在这里主要是对消息进行处理。 二、事件方式（VxD） 首先，Win32应用程序创建一个事件的句柄，称其为Ring3句柄。由于虚拟设备驱动程序使用事件的Ring0句柄，因此，需要创建Ring0句柄。用LoadLibrary（）函数加载未公开的动态链接库Kernel32.dll，获得动态链接库的句柄。然后，调用GetProcAddress（）， 找到函数OpenVxDHandle（）在动态链接库中的位置。接着，用OpenVxDHandle（）函数将Ring3事件句柄转化为Ring0事件句柄。Win32应用程序用CreateFile（）函数加载设备驱动程序。假如加载成功，则调用DeviceIoControl（）函数将Ring0事件句柄传给VxD；同时，创建一个辅助线程等待信号变成有信号状态，本身则可去干其它的事情。当条件成熟时，VxD置Ring0事件为有信号状态（调用_VWIN32_SetWin32Event（）函数），这马上触发对应的Ring3事件为有信号状态。一旦Ring3事件句柄为有信号状态，Win32应用程序的辅助线程就对这个消息进行相应的处理。 三、消息方式 Win32应用程序调用CreateFile（）函数动态加载虚拟设备驱动程序。加载成功后，通过调用DeviceIoControl（）函数将窗体句柄传送给VxD，VxD利用这个句柄向窗体发消息。当条件满足时，VxD调用SHELL_PostMessage（）函数向Win32应用程序发送消息。要让该函数使用成功，必须用#define来自定义一个消息，并且也要照样在应用程序中定义它；还要在消息循环中使用ON_MESSAGE（）来定义消息对应的消息处理函数，以便消息产生时，能够调用消息处理函数。SHELL_PostMessage（）函数的第一个参数为Win32窗体句柄，第二个参数为消息ID号，第三、四个参数为发送给消息处理函数的参数，第五、六个参数为回调函数和传给它的参数。Win32应用程序收到消息后，对消息进行处理。 四、异步I/O方式 Win32应用程序首先调用CreateFile（）函数加载设备驱动程序。在调用该函数时，将倒数第2个参数设置为FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示以后可以對文件进行重叠I/O操作。当设备驱动程序文件创建成功后，创建一个初始态为无信号、需要手动复位的事件，并且将这个事件传给类型为OVERLAPPED的数据结构（如Overlapped）。然后，将Overlapped作为一个参数，传给DeviceIoControl（）函数。设备驱动程序把这个I/O请求包（IRP）设置为挂起状态，并且设置一个取消例程。假如当前IRP队列为空，则将这个IRP传送给StartIo（）例程；否则，将它放到IRP队列中。设备驱动程序做完这些工作后，结束这个DeviceIoControl（）的处理，于是Win32应用程序可能不等待IRP处理完，就从DeviceIoControl（）的调用中返回。通过判定返回值，得到IRP的处理情况。假如当前IRP处于挂起状态，则主程序先做一些其它的工作，然后调用WaitForSingleObject（）或WaitForMultipleObject（）函数等待Overlapped中的事件成为有信号状态。设备驱动程序在适当的时候处理排队的IRP，处理完成后，调用IoCompleteRequest（）函数。该函数将Overlapped中的事件设置为有信号状态。Win32应用程序对这个事件马上进行响应，退出等待状态，并且将事件复位为无信号状态，然后调用GetOverlappedResult（） 函数获取IRP的处理结果。 五、 事件方式（WDM） Win32应用程序首先创建一个事件，然后将该事件句柄传给设备驱动程序，接着创建一个辅助线程，等待事件的有信号状态，自己则接着干其它事情。设备驱动程序获得该事件的句柄后，将它转换成能够使用的事件指针，并且把它寄存起来，以便后面使用。当条件具备后，设备驱动程序将事件设置为有信号状态，这样应用程序的辅助线程马上知道这个消息，于是进行相应的处理。当设备驱动程序不再使用这个事件时，应该解除该事件的指针。 六、 结语 在目前流行的Windows操作系统中，设备驱动程序是操纵硬件的最底层软件接口。为了共享在设备驱动程序设计过程中的经验，给出设备驱动程序通知应用程序的5种方法，具体说明每种方法的原理和实现过程，希望能够给设备驱动程序的设计者提供一些帮助。 参考文献： [1]（美）Chris Cant. Windows WDM设备驱动程序开发指南. 孙义， 马莉波， 国雪飞等译. 北京摘要： 机械工业出版社 2000. #include int main() { char a[100],b[100];int i,j; printf(“请输入字符串n”);gets(a); for(i=strlen(a)-1;i>=0;i--) b[i]=a[strlen(a)-i-1];b[strlen(a)]=';if(strcmp(a,b)==0) printf(“是回文”); else printf(“不是回文”);return 0; 任何一个计算机系统都是由计算机硬件子系统和计算机软件子系统组成的,缺一不可,他们共同协作完成各种任务,但同时他们又具有一定的独立性。硬件工程师往往不必关心软件,而应用软件工程师也不会过多关注硬件。应用软件工程师需要看到一个没有硬件的纯粹的软件世界,硬件对他们来说是透明的。而设备驱动程序就能达到这个目的,实现硬件对应用软件工程师的隐形。 1 设备分类 Linux系统下,设备可以分成三种基本类型:字符设备、块设备和网络设备。对于字符设备而言,往往是以字节流的形式进行访问的设备,如鼠标、触摸屏等,其对应的驱动类型是字符设备驱动程序。块设备可以以任意顺序进行访问,以块为单位进行操作,如硬盘,其驱动通过块设备驱动程序来实现。Linux系统中,应用程序可以像操作字符设备一样的读写块设备,但内核为字符设备驱动和块设备驱动提供了完全不同的接口。在Linux系统中,网络设备处理的事务一般面向数据的接收和发送,不像字符设备和块设备一样对应于文件系统的节点,其对应的驱动为网络设备驱动程序。内核和网络设备驱动程序间的通信,完全不同于和字符及块设备驱动程序之间的通信,内核为网络设备驱动程序提供了一套和数据包传输相关的函数。 这种分类方法并不是非常严格的,对于某些复杂的设备,Linux系统还定义了其他的驱动体系结构。 2 字符设备驱动程序的开发 2.1 模块的装载和卸载 Linux内核非常庞大,包含的组件也非常多。这些组件成为内核的一部分通常可以通过两种途径,一种是编译时直接成为Linux内核的组件,另一种是编译时不进入内核,但可以在需要时通过加载的方式成为内核的一部分,当不再需要该模块时,通过卸载的方式从内核中移除。Linux中编写的设备驱动程序就可以通过后面这种模块化的方式进入到内核中。这种模块化驱动程序编程方式是Linux系统的一个很好的特色,有助于缩短模块的开发周期,不需要每次都经过冗长的关机/重启过程。 加载模块时可以使用insmod或modprobe命令将模块加载到正在运行的内核中,通过rmmod程序把模块从内核中移除。当通过insmod或modprobe命令加载驱动模块时,模块的加载函数会自动被内核执行,完成模块的初始化工作,对字符设备驱动程序来说,一般会在加载函数完成字符设备的注册。当通过rmmod命令卸载驱动模块时,内核会自动运行模块的卸载函数,对字符设备驱动程序来说,一般在卸载函数对字符设备进行注销。 模块的加载函数以“module_init(函数名)”的形式被指定,若初始化成功,应返回0,而在初始化失败时,应返回一个负值。模块的卸载函数则以“module_exit(函数名)”形式指定,但卸载函数不返回任何值。 2.2 分配和释放设备号 Linux内核中使用cdev结构体描述字符设备,其中cdev结构体的dev_t成员定义了32位的设备号,其中高12位用来表示主设备号,低20位为次设备号。可以通过使用宏MAJOR(dev_t dev)和MINOR(dev_t dev)来分别获取主设备号和次设备号,而宏MKDEV(int major,int minor)则通过主设备号和次设备号来生成dev_t。通常,用主设备号来标识设备对应的驱动程序。 驱动程序在建立一个字符设备之前,首先要做的事情就是获得一个或者多个设备号。该过程可以通过以下函数实现。 int reginster_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char*name); int alloc_chrdev_region(dev_t*dev,unsigned basemino unsigned count,const char*name); register_chrdev_region()函数用于已知设备的设备号的情况;而alloc_chrdev_region()用于设备号未知,内核为设备动态分配所需要的设备号,函数调用成功时,得到的设备号会放入第一个参数dev中。动态分配设备号的函数有个很大的优点,即能避免设备号冲突的发生。 在模块卸载函数中,在对字符设备注销后,调用unregister_chrdev_region()函数释放开始分配的设备号。该函数原型为: void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count); 2.3 设备的注册和注销 在申请完设备号之后,需要对字符设备进行注册,而字符设备是用结构体cdev来表示的,cdev结构体的定义如下: struct cdev { }; 在对字符设备进行注册时,先为字符设备分配cdev结构,一般调用如下函数: cdev_alloc函数会向系统动态申请一个cdev结构,接下来把该cdev结构嵌入到自己的设备特定结构中去,初始化已分配到的结构: void cdev_init(struct cdev*cdev,struct file_operations*fops);接下来对cdev结构体中的某些字段进行初始化: 在设置好cdev结构体后,通过下面的函数调用把该结构告诉内核: int cde_add(struct cdev*dev,dev_t num,unsigned int count); 参数dev为已设置好的cdev结构体,num为该设备对应的第一个设备号,count应该为和该设备关联的设备号的数量,count的值常常会被设置成1。cdev_add函数如果返回一个负的错误码,则设备不会被添加到系统中去,只有当成功返回时,该字符设备才真正被添加到内核中去,它的操作也才能被内核调用。 当需要从系统中删除一个字符设备,则需调用cdev_del函数,该函数原型如下: void cdev_del(struct cdev*cdev); 一旦调用了该函数,会删除cdev结构,注销字符设备,此时就不能再访问cdev结构。 2.4 file_operations结构体 file_operations结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容,这些函数会在应用程序进行open()、write()、read()、close()等系统调用时最终被调用。File_operations结构体比较庞大,其中比较主要的成员如下: 该成员指向拥有该结构体的模块的指针,该字段可以避免内核正在操作该模块时卸载该模块。大多情形下,该成员都会被初始化为THIS_MODULE。 int(*open)(struct inode*,struct file*); int(*release)(struct inode*,struct file*); ssize_t(*read)(struct file*,char__user*,size_t,loff_t*); 用来从设备读取数据。函数返回非负值表示成功读取的字节数,出错时返回一个负值。 ssize_t(*write)(struct file*,char__user*,size_t,loff_t*); 用来向设备发送数据。函数返回的非负值表示成功写入的字节数, loff_t(*llseek)(struct file*,loff_t,int); 用来修改文件当前读写位置,并将新位置作为返回值返回,在出错时,该函数返回一个负值。 int(*ioctl)(struct inode*,struct file*,unsigned int,unsigned long); 用来提供一种执行设备特定命令的方法。当调用成功时,返回给调用程序一个非负值。内核本身常常会提供一些操作设备的命令,而不需要调用设备驱动中的ioctl函数。如果设备不提供ioctl函数,则对于任何内核未预先定义的请求,ioctl系统调用将返回一个负的错误码。 字符设备驱动中需要对file_operations结构进行初始化,如下: }; 其中read和write函数分别进行拷贝数据到应用程序空间和从应用程序空间拷贝数据的操作,ssize_t(*read)(struct file*filp,char__user*buff,size_t count,loff_t*offp); ssize_t(*write)(struct file*filp,char__user*buff,size_t count,loff_t*offp); 对于这两个函数,参数filp是文件指针;参数count是请求传输的数据长度;参数buff指向用户空间缓冲区,这个缓冲区或者保存要写入的数据,或者是一个存放新读入数据的空缓冲区;参数offp指明用户在文件中进行存取操作的位置。对于表示用户空间的指针的buff参数,内核代码不能直接引用其中的内容,而驱动程序又必须访问用户空间的缓冲区以便完成自己的工作,这种访问应始终通过内核提供的专用函数完成。Read函数的任务是从设备拷贝数据到用户空间,通过使用copy_to_user函数来实现;write函数的任务则是从用户空间拷贝数据到设备上,这可通过使用copy_from_user函数来实现。实现内核空间和用户空间之间拷贝数据的这两个函数的原型是: unsigned long copy_to_user(void__user*to, Const void*from, Unsigned long count); unsigned long copy_from_user(void*to, Const void__user*from, Unsigned long const); 2.5 用户空间程序 对编写好的字符设备驱动程序进行编译,将会得到mydev.ko文件,通过命令”insmod mydev.ko”加载驱动模块,运行”lsmod”命令,发现mydev模块已被加载。当执行”cat/proc/devices”命令,发现多出了主设备号为***的“mydev“字符设备驱动。 接下来通过命令“mknod/dev/mydev c***0“创建”/dev/mydev”设备节点,最后进行验证。通过命令“echo“Is the driver OK”>/dev/mydev”和命令“cat/dev/mydev”分别验证设备的写和读,结果证明字符“Is the driver OK”被成功写入到mydev字符设备中去。 3 结束语 本文介绍的字符设备驱动程序的设计是针对Linux内核2.6而言的,相比较块设备和网络设备驱动程序而言,字符设备驱动程序还是相对较简单的一类驱动程序。对于实际的物理设备,当把该设备注册为字符设备时,除了实现字符设备驱动的部分,往往还需根据设备本身的特点,实现设备功能相关的代码。 摘要：本文介绍了在Linux系统中开发字符设备驱动程序的过程,包括驱动模块的加载卸载、字符设备号的分配释放,字符设备的注册注销、结构体fileoperations中相关的操作等。最后给出验证字符设备驱动程序是否成功运行的一种方法。 关键词：字符设备,设备号,设备驱动,用户空间 参考文献 [1]Cobet,Rubini,Kroah-Hartman.Linux设备驱动程序.第三版.魏永明等译.北京:中国电力出版社.2005. [2]宋宝华编著.Linux设备驱动开发详解.北京:人民邮电出版社.2008. [3]Neil Matthew Richard Stones著.Linux程序设计[M].杨晓云,杨涛译等译.北京:机械工业出版社.2002.Linux字符设备驱动程序设计 第3篇
浅析设备驱动程序通知应用 第4篇
字符设备驱动程序总结 第5篇
字符设备驱动程序总结 第6篇