嵌入式系統(tǒng)中設(shè)備控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)的分析

3設(shè)備函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分析

在嵌入式Linux下對(duì)設(shè)備操作的時(shí)候，一般都會(huì)用到read、write、llseek和ioctl等函數(shù)，通過(guò)這些函數(shù)可以像使用文件那樣使用外部設(shè)備。這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程基本上是類似的，下面以write函數(shù)為例來(lái)分析用戶使用write函數(shù)怎么把數(shù)據(jù)寫(xiě)到設(shè)備里面去。

3.1應(yīng)用程序中函數(shù)的格式

用戶程序中的write函數(shù)有三個(gè)參數(shù)，函數(shù)格式如下：
write(intfd,char*buf,intcount)
其中參數(shù)fd表示將對(duì)之進(jìn)行寫(xiě)操作的設(shè)備文件打開(kāi)時(shí)返回的文件描述符.參數(shù)buf是一個(gè)指向緩沖區(qū)的指針,該指針指向存放將寫(xiě)入文件的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū).參數(shù)count表示本次操作所要寫(xiě)入文件的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù).fd一般大于3,0-2被系統(tǒng)分配給了默認(rèn)的終端設(shè)備.

3.2驅(qū)動(dòng)程序中函數(shù)的格式

上面驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)定義中我們看到驅(qū)動(dòng)程序里的write函數(shù)有四個(gè)參數(shù)，函數(shù)格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是設(shè)備節(jié)點(diǎn)指針,其中有設(shè)備號(hào)等信息，它能夠告訴操作系統(tǒng)應(yīng)該使用哪一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，filp指針中有fops信息，可以告訴操作系統(tǒng)相應(yīng)的fops方法函數(shù)在那里可以找到,后兩項(xiàng)參數(shù)和應(yīng)用程序中的含義相同。

3.3應(yīng)用程序中函數(shù)和驅(qū)動(dòng)程序中函數(shù)的參數(shù)傳遞

從上面可以知道兩個(gè)函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)不同,當(dāng)應(yīng)用程序的write函數(shù)執(zhí)行時(shí),是怎么調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中相應(yīng)的write函數(shù)的呢?其實(shí)關(guān)鍵是Linux系統(tǒng)內(nèi)核中的相應(yīng)函數(shù) sys_write,這也是最不透明最不容易理解的地方.Linux內(nèi)核中sys_write的源代碼：
asmlinkagessize_tsys_write(unsignedintfd,constchar*buf,size_tcount)
{ssize_tret;
structfile*file;
structinode*inode;
ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);//指向驅(qū)動(dòng)程序中的wirte函數(shù)的指針
lock_kernel();
ret=-EBADF;
file=fget(fd);//通過(guò)文件描述符得到文件指針
if(!file)
gotobad_file;
if(!(file->f_modeFMODE_WRITE))
gotoout;
inode=file->f_dentry->d_inode;//得到inode信息
ret=locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE,inode,file,file->f_pos,count);
if(ret)
gotoout;
ret=-EINVAL;
if(!file->f_op||!(write=file->f_op->write))//將函數(shù)開(kāi)始時(shí)聲明的write函數(shù)指針指向fops方法中對(duì)應(yīng)的write函數(shù)
gotoout;
down(inode->i_sem);
ret=write(file,buf,count,file->f_pos);//使用驅(qū)動(dòng)程序中的write函數(shù)將數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，注意看，這里就是四個(gè)參數(shù)了
up(inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
returnret;}
從上面的函數(shù)功能可以看出,sys_write函數(shù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序中write向驅(qū)動(dòng)程序中的short_write的參數(shù)傳遞過(guò)程，其中上述注釋語(yǔ)句詳細(xì)地闡述了參數(shù)由三個(gè)到四個(gè)的變化過(guò)程。

4結(jié)論

總的來(lái)說(shuō),設(shè)備函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程由下面幾個(gè)步驟來(lái)完成：

(1) 加載驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序中的初始化函數(shù)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備名和主設(shè)備號(hào)，這些可以在/proc/devieces目錄中查看到。(2)從/proc /devices中獲得主設(shè)備號(hào)，驅(qū)動(dòng)程序加載成功后建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件。通過(guò)主設(shè)備號(hào)將設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序聯(lián)系在一起。設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件中的file 屬性中指明了驅(qū)動(dòng)程序中fops方法實(shí)現(xiàn)的函數(shù)指針。(3)用戶程序使用open打開(kāi)設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件，這時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核知道該驅(qū)動(dòng)程序工作了，就調(diào)用 fops方法中的open函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的工作。(4)當(dāng)用戶使用write函數(shù)操作設(shè)備文件時(shí)，操作系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核中的sys_write函數(shù)，該函數(shù)首先通過(guò)文件描述符得到設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件對(duì)應(yīng)的inode指針和filp指針。(5)然后sys_write才會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的write方法來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行寫(xiě)的操作。用戶的write函數(shù)和驅(qū)動(dòng)程序的write函數(shù)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用sys_write聯(lián)系到了一起。本文以設(shè)備文件操作控制函數(shù)write為例來(lái)闡述整個(gè)函數(shù)的調(diào)用過(guò)程，其它函數(shù)的過(guò)程基本相同，本文不再詳述。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于闡述了嵌入式應(yīng)用程序中對(duì)外部設(shè)備操作控制函數(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制及具體過(guò)程的分析，在目前的文獻(xiàn)中很少有具體的分析，是作者在具體開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
本文有國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持，項(xiàng)目編號(hào)：50677047。

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