s3c2410的字符型設備驅(qū)動程序設計

1、 福建工程學院 課程設計報告 實驗課題： s3c2410的字符型設備驅(qū)動程序設計 指導老師：陳老師 日期：2011年5月24號1、 實驗原理：1 Linux系統(tǒng)下驅(qū)動程序的相關概念： Linux系統(tǒng)中，設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的重要組成部分，它與硬件設備之間建立了標準的抽象接口。通過這個接口，用戶可以像處理普通文件一樣，對硬件設備進行打開(open)、關閉(close)、讀寫(read/write)等操作。通過分析和設計設備驅(qū)動程序，可以深入理解Linux系統(tǒng)和進行系統(tǒng)開發(fā)。Linux設備分為字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。本課程設計研究字符型設備驅(qū)動程序設計。 Linux系統(tǒng)為每一個設備分配了

2、一個主設備號和 次設備號,主設備號標識設備對應驅(qū)動程序 ,次設備號標識具體設備的實例。例如一塊開發(fā)板上有2個串口終端 / dev/ tty0, / dev/ tty1 ,它們的主設備號都是4，次設備號分別為0和1。每一類設備使用的主設備號是獨一無二的,系統(tǒng)增加一個驅(qū)動程序就要賦予它一個主設備號,這一賦值過程在驅(qū)動程序的初始化過程中進行。2設備驅(qū)動程序的組成 設備驅(qū)動在加載時首先需要調(diào)用入口函數(shù) init module ( ) ,該函數(shù)完成設備驅(qū)動的初始化工作 ,比如寄 存器置位、結構體賦值等一系列工作,其中最重要的一個工作就是向內(nèi)核注冊該設備 ,字符設備調(diào)用函數(shù)register_chrdev

3、完成注冊。注冊成功后 ,該設備獲得了系統(tǒng)分配或向系統(tǒng)申請的主設備號、自定義的次設備號,并建立起與設備文件的關聯(lián)。設備驅(qū)動在卸載時需要回收相應的資源 ,將設備的響應寄存器值復位并從系統(tǒng)中注銷該設備。系統(tǒng)調(diào)用部分則是對設備的 操作過程 , 比如 open、read、write、ioctl等操作。設備驅(qū)動程序可以分成以下 3個主要部分: (1) 自動配置和初始化子程序。負責檢測所需驅(qū)動的硬件設備是否存在以及是否能正常工作 ,這部分驅(qū)動程序僅在初始化時被調(diào)用一次。(2) 服務 I/O 就是請求子程序,是驅(qū)動程序的上半部分,這部分是系統(tǒng)調(diào)用的結果。 (3) 中斷服務程序又稱驅(qū)動程序的下半部分,設備在 I

4、/O請求結束或其他狀態(tài)改變時產(chǎn)生中斷。因為設備驅(qū)動程序一般支持同一類型的若干個設備 ,所以調(diào)用中斷服務子程序時都帶有一個或多個參數(shù)以唯一標識請求服務的設備。 3字符設備驅(qū)動程序中重要的數(shù)據(jù)結構和函數(shù)對于每個系統(tǒng)調(diào)用,驅(qū)動程序中都有一個與之對應的函數(shù)。對于字符設備驅(qū)動程序 ,這些函數(shù)集合在一個file_op erations類型的數(shù)據(jù)結構中,它定義了常見文件I/O 函數(shù)的入口.編寫字符設備驅(qū)動程序就是為具體硬件的 file_ operations結構編寫各個函數(shù) ,大多數(shù)的驅(qū)動程序只是利用了其中的一部分 對于驅(qū)動程序中不提供的功能,把相應位置的值設為 NULL ) ,對于字符設備來說 ,要提供的

5、主要入口有: open ( ) 、release ( ) 、read ( ) 、write( ) 、lseek ( ) 、ioctl ( )等。本課程設計中用到的主要有 open ( )、read ( )、write( )、release ( )函數(shù)。int （*open）（struct inode*，struct file*）； 該操作用來打開設備文件。int （*release）（struct inode*，struct file*）； 該操作用來釋放文件結構。ssize_t(*read)(structfile*，char_user*，size_t，loff_t*); 該操作用來從設備中讀

6、取數(shù)據(jù)。ssize_t(*read)(structfile*，char_user*，size_t，loff_t*); 該操作發(fā)送數(shù)據(jù)給設備。4驅(qū)動程序的注冊和卸載驅(qū)動程序有一個初始化函數(shù) ,在安裝驅(qū)動程序時會調(diào)用它。在初始化函數(shù)中會將驅(qū)動程序的 file_operations與主設備號一起向內(nèi)核進行注冊。對字符設備使用如下函數(shù)進行注冊:int register_chrdev ( unsigned int major, const char* name, struct file_operations* fop s) ; 其中,major是為設備驅(qū)動程序向系統(tǒng)申請的主設備號,如果為 0則系統(tǒng)動態(tài)地

7、分配 l個主設備號, name是設備名。fop s是 file_operation s對各個調(diào)用入口點的說明。此函數(shù)返回0表示成功;返回 - 1是表示出 錯;返回 - E INVAL 表示申請的主設備號非法;返回- EBU SY表示所申請的主設備號正在被其他設備驅(qū)動程序使用。模塊在調(diào)用 rmmod 函數(shù)時被卸載 ,此時的入口點是 cleanup_module函數(shù)或宏 module_exit,并在其中完成對設備的注銷。類似的,字符設備的卸載函數(shù)定義為:int unregister_chrdev ( unsigned int major, const char* name) ;2、 實驗目的：了解

8、、掌握字符型驅(qū)動程序的設計過程、編譯、加載以及測試過程，包括了解file_operation數(shù)據(jù)結構、驅(qū)動程序的注冊與注銷、makefile文件的編寫。 3、 實驗步驟：寫入驅(qū)動程序源程序fakedev.c,本程序設計思維為設備輸入一串字符，再輸出同樣的字符。設備驅(qū)動程序的主體流程為：module_init->fakedev_init_module->register_chrdev->fakedev_fops->fakkdev_open/release/read/write. 源代碼fakedev.c#include <linux/config.h> /*預

9、定義和必要的頭文件*/#include <linux/module.h>#include <linux/moduleparam.h>#include <linux/init.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/slab.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/types.h>#include <linux/proc_fs.h>#include <l

10、inux/fcntl.h>#include <linux/seq_file.h>#include <linux/cdev.h>#include <asm/uaccess.h>#define DEVICE_NAME "fake device"MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); /*用宏來聲明該模塊的許可協(xié)議*/struct fake_device /* 該設備其他的私有數(shù)據(jù)和信號量的信息的定義 */int usage;char *data;int new_msg;struct fake_

11、device fakedev; int fakedev_major = 200; /*指定設備主設備號為200*/ /*以下為file_operation數(shù)據(jù)結構*/static int fakedev_open(struct inode *inode, struct file *file) /*定義了fakedev_open即打開操作函數(shù)，這里函數(shù)定義為只打印一行消息*/ printk ("fakedev_device_open(%p,%p)n", inode, file); return 0;static int fakedev_release(struct inode

12、 *inode, struct file *file) /*定義了 fakedev_release即釋放文件結構函數(shù)。*/static void fakedev_device_release(%p,%p)n", inode, file);static ssize_t fakedev_read(struct file *f,char *buf,int size,loff_t off) /*定義了 fakedev_read即從設備中讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)*/ int length;int count=size;if(count<0)return -EINVAL;if(fakedev.usa

13、ge)return -EBUSY;fakedev.usage=1;if(fakedev.data =0 )return 0;length = strlen(fakedev.data);if (length < count)count=length;copy_to_user(buf,fakedev.data,count+1);fakedev.new_msg=0;fakedev.usage=0;return count;static ssize_t fakedev_write(struct file *f,const char *buf,int size,loff_t off) /*定義fa

14、kedev_write函數(shù)即發(fā)送數(shù)據(jù)給設備函數(shù)*/ int count=size;if(count<0)return -EINVAL;if(fakedev.usage|fakedev.new_msg)return -EBUSY;fakedev.usage = 1;kfree(fakedev.data);fakedev.data = kmalloc(sizeof(char)*(count + 1),GFP_KERNEL);if(!fakedev.data)return -ENOMEM;copy_from_user(fakedev.data,buf,count + 1);fakedev.us

15、age = 0;fakedev.new_msg = 1;return count;struct file_operations fakedev_fops = /*定義該字符設備的具體文件操作,包括read、write、open、release*/.read = fakedev_read, .write = fakedev_write,.open = fakedev_open,.release = fakedev_release,;static int fakedev_init_module(void) /*定義fakedev_init_module，即字符設備向 系統(tǒng)注冊函數(shù)*/ int re

16、sult;result = register_chrdev(fakedev(fakedev_major,DEVICE_NAME,&fakedev_fops);if (result < 0)return result;if (fakedev_major = 0)fakedev_major = result;printk(KERN_INFO "Register FAKEDEV.major-number=%dn",result);return 0;static void fakedev_cleanup_module(void) /*定義fake_exit_modul

17、e，即字符設備向系統(tǒng)注銷函數(shù)*/ printk(KERN_INFO "Unregister FAKEDEVn");unregister_chrdev(fakedev_major, DEVICE_NAME);module_init(fakedev_init_module); /*包含了注冊、注銷兩個函數(shù)的指針*/module_exit(fakedev_cleanup_module);Makefile文件：在linux2.6內(nèi)核中，模塊的編譯需要配置過的內(nèi)核代碼，編譯過程首先會到內(nèi)核源碼目錄下，讀取頂層的makefile文件，然后再返回模塊代碼所在目錄進行編譯.可根據(jù)網(wǎng)絡上公開

18、的針對字符設備驅(qū)動程序的makefile模板進行該模塊makefile文件設計。 Makefile文件# Makefile2.6ifneq ($(KERNELRELEASE),)#kbuild syntax. dependency relationshsip of files and target modules are listed here.obj-m := fakedev.o /*指定模塊源文件*/elsePWD := $(shell pwd)KVER ?= $(shell uname -r)KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build /*指定內(nèi)核源碼的路徑*/

19、all : $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)clean : rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versionsendif通過執(zhí)行makefile來編譯驅(qū)動程序的源文件fakedev.c,以得到可執(zhí)行目標文件。截圖如下：由截圖可見：編譯之后得到可加載模塊fakedev.ko。fakedev源程序的測試程序fakedev_test.c。測試的例程：運行之前需要使用mkond命令來創(chuàng)建設備文件，然后執(zhí)行不帶參數(shù)的insmod，將上面編譯得到的可加載模塊fakedev.ko裝載到內(nèi)核。測試代碼fakedev_test.c#include<

20、;stdio.h> /*所需頭文件與預定義*/#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#define MAX_LENGTH 100int mian (int argc, char *argv)char strMAX_LENGTH;char p;printf("please enter the words(max char num:%d):n",MAX_LENGTH -1);p = fgets(str,MAX_LENGTH,stdin); /*接收控制臺輸入的一組字符串*/int fakedev_fd=open("/dev/fakedev",O_RDWR);/*通過open系統(tǒng)調(diào)用打開虛擬設 if (fakedev_fd=-1) 備并獲得文件描述符fakedev_fd*/perror(&qu