嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的ADS8364驅動程序設計

4 ADS8364的驅動程序設計概述

4.1 驅動程序的LKM實現(xiàn)機制

Linux內核提供了兩種機制來開發(fā)設備驅動程序，一種是直接把驅動程序編譯進內核，成為Linux內核的一部分。另一種是通過LKM（Loadable Kernel Module，即可加載模塊化機制）來開發(fā)可動態(tài)加載和卸載的驅動模塊[3]。驅動程序如果編譯進內核的話，會增加內核的大小，還要改動內核的源文件，而且不能動態(tài)的卸載，不利于調試，所以本系統(tǒng)把ADS8364的驅動程序編寫成了 LKM型驅動程序（就是把ADS8364的驅動程序作為一個獨立的單元模塊，在使用時可以使用insmod命令加載到核心中，用完后使用rmmod命令卸載的那種）。

4.2 驅動程序的注冊與注銷

向系統(tǒng)增加一個驅動程序則意味著要賦予它一個主設備號，這一賦值過程是在驅動程序模塊的初始化中完成的。ADS8364的初始化入口函數(shù)定義如下：

int _init ads8364_init_module(void)全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

{ …..

ret = register_chrdev(11， ADS8364， ad_fops)；

……}

在用insmod命令將編譯好的模塊調入內存時，ads8364_init_module( )函數(shù)被調用。在這里，ads8364_init_module( )只做了一件事，它調用函數(shù)register_chrdev( )向內核注冊該字符設備。函數(shù)register_chrdev（）定義在linux/fs-h> 中。register_chrdev需要三個參數(shù)，參數(shù)一是希望獲得的設備號，如果是零的話，系統(tǒng)將自動選擇一個沒有被占用的設備號作為該字符設備的主設備號并返回。參數(shù)二是設備文件名，這個名字必須插入到/dev目錄中，并與驅動程序的主設備號和次設備號相連。參數(shù)三用來登記驅動程序實際執(zhí)行操作的函數(shù)的指針。如果登記成功，返回設備的主設備號，不成功，返回一個負值。在此，我們選用當前不用的設備號11作為ADS8364的主設備號，設備名為 ADS8364。

在關閉字符設備或塊設備時，還需要通過unregister_chrdev( )從內核中注銷設備，并釋放主設備號。在用rmmod卸載該驅動模塊時，cleanup_module函數(shù)被調用，它釋放字符設備ADS8364在系統(tǒng)字符設備表中占有的表項。

void ads8364_cleanup_module(void)

{ unregister_chrdev(11， ADS8364)； info("ADS8364 cleanup module ok!")； }

4.3 file_operations結構體的設計

在Linux中，字符設備向內核提供的接口函數(shù)集就是文件操作集file_operations結構體。在Linux系統(tǒng)中，打開的設備在內核內部由設備文件file結構標識，內核使用file_operations（文件操作）結構訪問驅動程序的函數(shù)。每個文件都與自己的函數(shù)集相關聯(lián)（通過包含指向file_operations結構的f_ops指針段實現(xiàn)），這些操作主要負責系統(tǒng)調用的實現(xiàn)[4]。為了使驅動程序在結構的定義發(fā)生變化時更具可移植性，并且使得代碼更加緊湊且易讀，我們首先采用標記化格式聲明ADS8364的file_operations結構：

static struct file_operations ad_fops = {全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

owner： THIS_MODULE，/* ad_fops所屬的設備模塊 */

read：ads8364_read，/*從設備中讀數(shù)據(jù)*/

poll：ads8364_poll， /*查詢設備狀態(tài)*/

ioctl：ads8364_ioctl，/*設備I/O控制*/全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

open：ads 8364_open，/*打開設備操作*/

release：ads 8364_release，/*釋放操作*/

}；

file_operations結構體把系統(tǒng)調用和驅動程序關聯(lián)起來。這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統(tǒng)調用。用戶進程利用系統(tǒng)調用在對設備文件進行諸如read、write、open等操作時，系統(tǒng)調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結構相應的函數(shù)指針，接著把控制權交給該函數(shù)。這就是ADS8364驅動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設備驅動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充 file_operations的各個域。下面我們就把file_operations的各個域的功能和主要調用函數(shù)加以介紹。

1)設備I/O控制操作函數(shù)

與普通文件相比，設備文件的操作要復雜得多，不可能簡單地通過 read、write 和llseek 等來實現(xiàn)。所有其它類型的操作都可以通過VFS的ioctl調用來執(zhí)行，函數(shù)定義如下：

static int ads8364_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

ads8364_ioctl是ADS8364驅動程序中對設備的I/O通道進行管理的函數(shù)。其中參數(shù)inode就是用戶程序打開ADS8364時使用open函數(shù)返回的文件標示符，cmd就是用戶程序對ADS8364的控制命令，它是唯一聯(lián)系用戶程序命令和驅動程序支持的途徑，該函數(shù)通過cmd區(qū)分操作，通過arg傳遞參數(shù)和結果。在驅動程序中實現(xiàn)的ads8364_ioctl函數(shù)體內，有一個switch{case}結構，每一個case對應一個命令碼，做出一些相應的操作。 ads8364_ioctl的設計的關鍵就是，如何將cmd命令碼在用戶程序里生成以及在驅動程序里的解析，所以switch{case}結構在 ads8364_ioctl中至關重要，因為對設備的I/O控制都是通過這一部分的代碼實現(xiàn)的。