Linux裝置驅動程式設計例項

linux系統中，裝置驅動程式是作業系統核心的重要組成部分，在與硬體裝置之間建立了標準的抽象介面。通過這個介面，使用者可以像處理普通檔案一樣，對硬體裝置進行開啟(open)、關閉(close)、讀寫(read/write)等操作。通過分析和設計裝置驅動程式，可以深入理解linux系統和進行系統開發。本文通過乙個簡單的例子來說明裝置驅動程式的設計。

1、程式清單

#ifndef __kernel__

#　define __kernel__　　 //按核心模組編譯

#endif

#ifndef module

#　define module　　　　　　　　//裝置驅動程式模組編譯

#endif

#define device_name "mydev"　　

#define openspk 1

#define closespk 2

//必要的標頭檔案

#include

//同kernel.h,最基本的核心模組標頭檔案

#include

//同module.h,最基本的核心模組標頭檔案

#include

//這裡包含了進行正確性檢查的巨集

#include

//檔案系統所必需的標頭檔案

#include

//這裡包含了核心空間與使用者空間進行資料交換時的

函式巨集

#include

//i/o訪問

int my_major=0;　　　　　　　　 //主裝置號

static int device_open=0;

static char message="this is from device driver";

char *message_ptr;

int my_open(struct inode *inode, struct file *file)

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

ssize_t　my_read (struct file *f,char *buf,int size,loff_t off)

return bytes_read;

}

ssize_t my_write (struct file *f,const char *buf, int size,loff_t off)

int my_ioctl(struct inode *inod,struct file *f,unsigned int arg1,

unsigned int arg2)

}

struct file_operations my_fops = ;

int init_module(void)

void cleanup_module(void)

2、裝置驅動程式設計

linux裝置分為字元裝置、塊裝置和網路裝置。字元裝置是不需要緩衝而直接

讀寫的裝置，如串列埠、鍵盤、滑鼠等，本例就是字元裝置驅動程式；塊裝置的訪問

通常需要緩衝來支援，以資料塊為單位來讀寫，如磁碟裝置等；網路裝置是通過套

接字來訪問的特殊裝置。

1) 裝置驅動程式和核心與應用程式的介面

無論哪種型別的裝置，linux都是通過在核心中維護特殊的裝置控制塊來與設

備驅動程式介面的。在字元裝置和塊裝置的控制塊中，有乙個重要的資料結構

file_operations，該結構中包含了驅動程式提供給應用程式訪問硬體裝置的各種

方法，其定義如下（參見fs.h）：

struct file_operations ;

多數情況下，只需為上面結構中的少數方法編寫服務函式，其他均設為null即可。

每乙個可裝配的裝置驅動程式都必須有init_module和cleanup_module兩個函式，裝載和解除安裝裝置時核心自動呼叫這兩個函式。在 init_module中，除了可以對硬體裝置進行檢查和初始化外，還必須呼叫register_* 函式將裝置登記到系統中。本例中是通過register_chrdev來登記的，如果是塊裝置或網路裝置則應該用

register_blkdev和register_netdev來登記。register_chrdev 的主要功能是將設

備名和結構file_operations登記到系統的裝置控制塊中。

2) 與應用程式的資料交換

由於裝置驅動程式工作在核心儲存空間，不能簡單地用"="、"memcpy"等方法與應用程式交換資料。在標頭檔案uaccess.h中定義了方法put_user(x, ptr)和

get_user(x, ptr)，用於核心空間與使用者空間的資料交換。值x的型別根據指標

ptr的型別確定，請參見源**中的my_read與my_write函式。

3) 與硬體裝置的介面

linux中為裝置驅動程式訪問i/o埠、硬體中斷和dma提供了簡便方法，相應的標頭檔案分別為io.h、irq.h、dma.h。由於篇輻限制，本例中只涉及到i/o埠訪問。linux提供的i/o埠訪問方法主要有：inb()、inw()、outb()、outw()、inb_p()、 inw_p()、outb_p()、outw_p()等。要注意的是，裝置驅動程式在使用埠前，應該先用check_region()檢查該埠的占用情況，如果指定的埠可用，則再用request_region()向系統登記。說明check_region()、request_region()的標頭檔案是ioport.h。

4) 記憶體分配

裝置驅動程式作為核心的一部分，不能使用虛擬記憶體，必須利用核心提供的

kmalloc()與kfree()來申請和釋放核心儲存空間。kmalloc()帶兩個引數，第乙個

要申請的是記憶體數量，在早期的版本中，這個數量必須是2的整數冪，如128、256

。關於kmalloc()與kfree()的用法，可參考核心源程式中的malloc.h與slab.c程式

。

3、程式的編譯和訪問

本例在linux 2.2.x.x中可以成功編譯和執行。先用下面的命令列進行編譯：

gcc -wall -o2 -c mydev.c該命令列中引數-wall告訴編譯程式顯示警告資訊；引數-o2是關於**優化的設定，注意核心模組必須優化；引數-c規定只進行編譯和匯編，不進行連線。正確編譯後，形成mydev.o檔案。可以輸入命insmod mydev.o來裝載此程式。如果裝配成功，則顯示資訊：register ok.major-number=xx。利用命令lsmod可以看到該模組被裝配到系統中。為了訪問該模組，應該用命令mknode來建立裝置檔案。下面的應用程式可以對建立的裝置檔案進行訪問。

#include

#define device_name mydev

#define openspk 1

#define closespk 2

char buf[128];

int main()

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