嵌入式Linux系統(tǒng)設備驅(qū)動程序的開發(fā)

引言

Linux是一個遵循POSIX標準的免費操作系統(tǒng)。具有BSD和SYSV的擴展特性。與其他操作系統(tǒng)相比，嵌入式Linux系統(tǒng)以其可應用于多種硬件平臺、內(nèi)核高效穩(wěn)定、源碼開放、軟件豐富、網(wǎng)絡通信和文件管理機制完善等優(yōu)良特性而正被作為研究熱點，越來越多的研究人員采用Linux平臺來開發(fā)自己的產(chǎn)品。Linux設備驅(qū)動程序在Linux內(nèi)核源代碼中占有很大比例，從2.0、2.2到 2.4版本的內(nèi)核，源代碼的長度日益增加，其實主要是設備驅(qū)動程序在增加。

設備驅(qū)動程序的編寫

設備驅(qū)動程序是linux內(nèi)核的一部分,是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機器硬件之間的接口,它由一組函數(shù)和一些私有數(shù)據(jù)組成,是連接應用程序與具體硬件的橋梁。Linux的一個基本特點是它對硬件設備的管理抽象化,系統(tǒng)中的每一個設備都用一個特殊的文件來表示。所有的硬件設備都像普通的文件一樣看待,使用與操作系統(tǒng)相同的標準系統(tǒng)來進行打開、讀寫和關(guān)閉。

在Linux 操作系統(tǒng)下有3類主要的設備文件類型：塊設備、字符設備、網(wǎng)絡設備。字符設備是指存取時沒有緩存的設備?？上裎募粯釉L問字符設備，字符設備驅(qū)動程序負責實現(xiàn)這些行為。系統(tǒng)的控制臺和并口就是字符設備的例子，它們可以很好地用“流”來描述。塊設備是文件系統(tǒng)的宿主，如磁盤。 Linux允許像字符設備那樣讀取塊設備——允許一次傳輸任意數(shù)目的字節(jié)。結(jié)果是，字符設備和塊設備讀取數(shù)方式一致。而網(wǎng)絡設備不同于字符設備和塊設備, 它面向的上一層不是文件系統(tǒng)而是網(wǎng)絡協(xié)議層,是通過BSD套接口訪問數(shù)據(jù)。與設備相對應的是三類設備驅(qū)動程序,字符設備驅(qū)動程序、塊設備驅(qū)動程序、網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序。

字符設備驅(qū)動程序、塊設備驅(qū)動程序與網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)體是不同的。

在linux 源代碼linux/ include / linux/ fs. h中定義了字符設備和塊設備驅(qū)動程序中必須使用的file_operations結(jié)構(gòu),每個設備驅(qū)動都實現(xiàn)這個接口所定義的部分或全部函數(shù)。隨著內(nèi)核的不斷升級, file_operations結(jié)構(gòu)也越來越大,不同的版本的內(nèi)核會稍有不同。file_operations定義如下:

struct file_operations{

int( * lseek) ( struct inode * , struct file * , off_t , int) ; int( *release) ( struct inode * , struct file * ) ;

int( * read) ( struct inode * , struct file * , char * , int) ; int( * fsync) ( struct inode *, struct file * ) ;

int( *write) ( struct inode * , struct file * , const char *， int) ; int( * fasync) ( struct inode * , struct file *， int) ;

int( * readdir) ( struct inode , struct file , void * , dilldir) ; int( *check_media_change) ( kdev_t dev) ;

int(*select) ( struct inode *, struct file * , int, select_table * ) ; int( * revalidate) ( kdev_t dev) ; };

int ( * ioctl) ( struct inode * , struct file *, unsigned int, unsigned long) ;

int( *mmap) ( struct inode * , struct file * , struct vm_area_struct * ) ;

int( * open) ( struct inode *, struct file *) ;

應用程序只有通過對設備文件的open、release、read、write、ioctl等才能訪問字符設備和塊設備。用戶自己定義好 file_operations結(jié)構(gòu)后，編寫出設備實際所需要的各操作函數(shù)，對于不需要的操作函數(shù)用NULL初始化，這些操作函數(shù)將被注冊到內(nèi)核，當應用程序?qū)υO備相應的設備文件進行文件操作時，內(nèi)核會找到相應的操作函數(shù)，并進行調(diào)用。如果操作函數(shù)使用NULL，操作函數(shù)就進行默認處理。

對于字符設備而言，llseek( )，read( )，write()，ioctl( )，open( )，release( )這些函數(shù)是不可缺的；對于塊設備，open( )，release( )，ioctl()，check_media_change( )，revalidate( )是不可缺少的。

網(wǎng)絡設備結(jié)構(gòu)體 net_device 定義在 includelinuxnetdevice.h 里，如下所示：

struct net_device

{

char name ; int (*init)(struct

net_device *dev);

unsigned short flags ; int (*open)

(struct net_device *dev);

unsigned long base_addr; int

(*stop)(struct net_device *dev)

unsigned int irq ; int

(*hard_start_xmit)(struct sk_buff *skb,

unsigned char dev_addr; struct

net_device *dev);

unsigned char addr_len; int

(*set_mac_address)( struct net_device

unsigned long trans_start; *dev,void* addr);

……

}