linux 基礎(chǔ)復(fù)習(xí)（9）設(shè)備驅(qū)動入門

Linux 內(nèi)核中采用可加載的模塊化設(shè)計(jì)(LKMs，Loadable Kernel Modules)，一般情況下編譯的Linux 內(nèi)核是支持可插入式模塊的，也就是將最基本的核心代碼編譯在內(nèi)核中，其他的代碼可以選擇在內(nèi)核中，或者編譯為內(nèi)核的模塊文件。常見的驅(qū)動程序也是作為內(nèi)核模塊動態(tài)加載的。

模塊相關(guān)命令

lsmod 列出當(dāng)前系統(tǒng)加載的模塊

rmmod 將當(dāng)前模塊卸載

insmod、modprobe 用于加載當(dāng)前模塊。但insmod不會自動解決依存關(guān)系，而modprobe可以根據(jù)模塊間的依存關(guān)系以及 /etc/modules.conf 文件中的內(nèi)容自動插入模塊

mknod 創(chuàng)建相關(guān)模塊

Linux 系統(tǒng)的設(shè)備文件分為三類：塊設(shè)備文件、字符設(shè)備文件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備文件。

· 塊設(shè)備文件通常指一些需要以塊(如512 字節(jié))的方式寫入的設(shè)備，如IDE 硬盤、SCSI硬盤、光驅(qū)等。

· 字符型設(shè)備文件通常指可以直接讀寫，沒有緩沖區(qū)的設(shè)備，如并口、虛擬控制臺等。

· 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備文件通常是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問的BSD socket接口，如網(wǎng)卡等。

設(shè)備號設(shè)備號是一個(gè)數(shù)字，它是設(shè)備的標(biāo)志。就如前面所述，一個(gè)設(shè)備文件(也就是設(shè)備節(jié)點(diǎn))可以通過mknod命令來創(chuàng)建，其中指定了主設(shè)備號和次設(shè)備號。主設(shè)備號表明某一類設(shè)備，

一般對應(yīng)著確定的驅(qū)動程序;次設(shè)備號一般是用于區(qū)分標(biāo)明不同屬性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作等，它標(biāo)志著某個(gè)具體的物理設(shè)備。高字節(jié)為主設(shè)備號和底字節(jié)為次設(shè)備號。例如，在系統(tǒng)中的塊設(shè)備IDE 硬盤的主設(shè)備號是3，而多個(gè)IDE 硬盤及其各個(gè)分區(qū)分別賦予次設(shè)備號1、2、3……

Linux 設(shè)備驅(qū)動程序包含中斷處理程序和設(shè)備服務(wù)子程序兩部分

設(shè)備服務(wù)子程序包含了所有與設(shè)備操作相關(guān)的處理代碼。它從面向用戶進(jìn)程的設(shè)備文件系統(tǒng)中接受用戶命令，并對設(shè)備控制器執(zhí)行操作。這樣，設(shè)備驅(qū)動程序屏蔽了設(shè)備的特殊性，使用戶可以像對待文件一樣操作設(shè)備。

設(shè)備控制器需要獲得系統(tǒng)服務(wù)時(shí)有兩種方式：查詢和中斷。因?yàn)長inux 下的設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，在設(shè)備查詢期間系統(tǒng)不能運(yùn)行其他代碼,查詢方式的工作效率比較低，所以只有少數(shù)設(shè)備如軟盤驅(qū)動程序采取這種方式，大多設(shè)備以中斷方式向設(shè)備驅(qū)動程序發(fā)出輸入/輸出請求。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} onclick=if(!this.resized) {return true;} else {window.open(this.src);} alt= src=http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080413193842.jpg onload=if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';} border=0>

Linux 中的設(shè)備驅(qū)動程序有如下特點(diǎn)。

(1)內(nèi)核代碼：設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，如果驅(qū)動程序出錯，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

(2)內(nèi)核接口：設(shè)備驅(qū)動程序必須為內(nèi)核或者其子系統(tǒng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。比如，一個(gè)終端驅(qū)動程序必須為內(nèi)核提供一個(gè)文件I/O 接口;一個(gè)SCSI設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)該為SCSI子系統(tǒng)提供一個(gè)SCSI設(shè)備接口，同時(shí)SCSI子系統(tǒng)也必須為內(nèi)核提供文件的I/O 接口及緩沖區(qū)。

(3)內(nèi)核機(jī)制和服務(wù)：設(shè)備驅(qū)動程序使用一些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核服務(wù)，如內(nèi)存分配等。

(4)可裝載：大多數(shù)的Linux 操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序都可以在需要時(shí)裝載進(jìn)內(nèi)核，在不需要時(shí)從內(nèi)核中卸載。

(5)可設(shè)置：Linux 操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序可以集成為內(nèi)核的一部分，并可以根據(jù)需要把其中的某一部分集成到內(nèi)核中，這只需要在系統(tǒng)編譯時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置即可。

(6)動態(tài)性：在系統(tǒng)啟動且各個(gè)設(shè)備驅(qū)動程序初始化后，驅(qū)動程序?qū)⒕S護(hù)其控制的設(shè)備。

如果該設(shè)備驅(qū)動程序控制的設(shè)備不存在也不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，那么此時(shí)的設(shè)備驅(qū)動程序只是多占用了一點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)存罷了。

驅(qū)動開發(fā)時(shí)卻沒有main 函數(shù)，模塊在調(diào)用insmod命令時(shí)被加載，此時(shí)的入口點(diǎn)是init_module函數(shù)，通常在該函數(shù)中完成設(shè)備的注冊。同樣，模塊在調(diào)rmmod

函數(shù)時(shí)被卸載，此時(shí)的入口點(diǎn)是cleanup_module函數(shù)，在該函數(shù)中完成設(shè)備的卸載。在設(shè)備完成注冊加載之后，用戶的應(yīng)用程序就可以對該設(shè)備進(jìn)行一定的操作，如read、write等，而驅(qū)動程序就是用于實(shí)現(xiàn)這些操作，在用戶應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)入口函數(shù)時(shí)執(zhí)行相關(guān)的操作，init_module入口點(diǎn)函數(shù)則不需要完成其他如read、write之類功能。

設(shè)備驅(qū)動程序的入口點(diǎn)，它是一個(gè)在中定義的struct file結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)內(nèi)核結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)在用戶空間的程序中，它定義了常見文件I/O 函數(shù)的入口。

struct file_operations {

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp);

ssize_t (*write) (struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);

int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

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

long);

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

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

int (*flush) (struct file *);

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

int (*fsync) (struct file *, struct dentry *);

int (*fasync) (int, struct file *, int);

int (*check_media_change) (kdev_t dev);

int (*revalidate) (kdev_t dev);

int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

};

每個(gè)設(shè)備的驅(qū)動程序不一定要實(shí)現(xiàn)其中所有的函數(shù)操作，若不需要定義實(shí)現(xiàn)時(shí)，則只需將其設(shè)為NULL即可。