第11講 Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

1、第十一講 Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)授課班級(jí)：07計(jì)算機(jī)專業(yè)授課教師：王震主要內(nèi)容n設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理n設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫方法n2.6內(nèi)核設(shè)備模型框架n設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的中斷處理方法ChavezWangG 2嵌入式系統(tǒng)研究室設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-1嵌入式系統(tǒng)研究室3ChavezWangG USER APPVFSDEVICE op func DEV_REGISTERHARDWARE用戶空間內(nèi)核空間設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備文件與設(shè)備文件系統(tǒng)nLinux中，字符設(shè)備和塊設(shè)備都是通過(guò)文件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問(wèn)。n每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)文件名，操作時(shí)對(duì)應(yīng)各自的驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備文件與設(shè)備文件系統(tǒng)nLinux系統(tǒng)靠主次設(shè)備號(hào)來(lái)聯(lián)系驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)

2、，依靠主設(shè)備號(hào)標(biāo)志不同的驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)Linux設(shè)備號(hào)的方法n為避免不同的驅(qū)動(dòng)程序具有相同的設(shè)備號(hào)，需要提供一種分配設(shè)備號(hào)的機(jī)制1.每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序分配一個(gè)主設(shè)備號(hào)：不可行，Linux最多支持255個(gè)主設(shè)備2.根據(jù)/proc/devices中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用腳本動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建設(shè)備文件：太麻煩，程序員不愿意3.設(shè)備文件系統(tǒng)自動(dòng)管理注冊(cè)Linux設(shè)備號(hào)的方法n系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序掛載在/dev/目錄下，Linux設(shè)備文件的創(chuàng)建和刪除、目錄層次都都由各個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理n/dev/下面每個(gè)文件都動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)了一個(gè)系統(tǒng)上存在的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。n新添加（或者刪除）一個(gè)設(shè)備，比如u盤，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)在/dev目錄中創(chuàng)

3、建（或者刪除）對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。注冊(cè)Linux設(shè)備號(hào)的方法n在設(shè)備文件系統(tǒng)中，由于分的比較細(xì)致，一些驅(qū)動(dòng)程序的對(duì)應(yīng)目標(biāo)跟以前比一樣，如：qLinux2.4之前：/dev/fb0 /dev/ttyS0qLinux2.6之后：/dev/fb/0 /dev/tts/0n可以用符號(hào)鏈接進(jìn)行更改，以便與之前的相匹配：qln-s /dev/fb/0 /dev/fb0qls-s /dev/tts/0 /dev/ttyS0設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-2n設(shè)備分類q字符設(shè)備：存取時(shí)沒(méi)有緩存、只能順序讀/寫的設(shè)備?？赏ㄟ^(guò)設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)n與普通文件的區(qū)別：普通文件的訪問(wèn)可以前后移動(dòng)訪問(wèn)指針，而大多數(shù)字符設(shè)備不支持該操作。

4、q典型的字符設(shè)備n鼠標(biāo)n鍵盤n串口嵌入式系統(tǒng)研究室4ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-3n設(shè)備分類q塊設(shè)備：一般塊設(shè)備都有緩存支持，并且支持隨機(jī)存取q創(chuàng)建的塊設(shè)備n硬盤n軟盤nramdisk嵌入式系統(tǒng)研究室5ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-4n設(shè)備分類q網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：從BSD UNIX網(wǎng)絡(luò)組件移植而來(lái)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒(méi)有對(duì)應(yīng)地映射到文件系統(tǒng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。在Linux中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訪問(wèn)采用Socket機(jī)制實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)研究室6ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-5n設(shè)備號(hào)：Linux采用主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)來(lái)標(biāo)志一個(gè)具體設(shè)備。q主設(shè)備號(hào)用來(lái)標(biāo)志設(shè)備類型q次設(shè)備號(hào)用來(lái)區(qū)分不同的具體

5、設(shè)備n系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要使用一個(gè)主設(shè)備號(hào)向內(nèi)核注冊(cè)此驅(qū)動(dòng)。創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的方法：mknod 設(shè)備名 設(shè)備類型 主設(shè)備號(hào) 次設(shè)備號(hào)例：mknod ttyS0 c 64 4嵌入式系統(tǒng)研究室7ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-6-內(nèi)核模塊n內(nèi)核模塊的概念：內(nèi)核模塊是一些可以讓操作系統(tǒng)內(nèi)核在需要時(shí)載入和執(zhí)行的代碼，不需要時(shí)可以從操作系統(tǒng)中卸載n內(nèi)核模塊是Linux內(nèi)核運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的一種技術(shù)，可以在Linux內(nèi)核運(yùn)行期間向內(nèi)核動(dòng)態(tài)添加代碼，擴(kuò)展內(nèi)核的功能嵌入式系統(tǒng)研究室8ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-7-內(nèi)核模塊n內(nèi)核模塊與應(yīng)用程序加載的不同：n內(nèi)核模塊

6、的加載只是向內(nèi)核預(yù)先注冊(cè)自己以便服務(wù)于將來(lái)的某個(gè)請(qǐng)求，只是加載了某項(xiàng)功能，而不需要馬上執(zhí)行n應(yīng)用程序加載后就開始執(zhí)行n內(nèi)核模塊不能使用外部函數(shù)庫(kù)，只能使用內(nèi)核導(dǎo)出的函數(shù)n應(yīng)用程序可以使用外部函數(shù)庫(kù)n內(nèi)核模塊只能運(yùn)行在內(nèi)核空間，并且不生成新的進(jìn)程n應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶空間，一般一個(gè)應(yīng)用程序生成一個(gè)新的進(jìn)程嵌入式系統(tǒng)研究室9ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-8-內(nèi)核模塊n內(nèi)核模塊的框架#include #include #include MODULE_LICENSE(Dual BSD/GPL);static int hello_init(void)printk(KERN_ALERT Hel

7、lo, worldn); return 0;static void hello_exit(void)printk(KERN_ALERT Goodbye, worldn);module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);嵌入式系統(tǒng)研究室10ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-9-內(nèi)核模塊n2.6系列內(nèi)核模塊的編譯與加載q內(nèi)核源碼樹的每個(gè)子目錄都有一個(gè)kconfig文件，為makefile提供配置數(shù)據(jù)庫(kù)，分別描述了所屬目錄源文件相關(guān)的內(nèi)核配置菜單項(xiàng)q內(nèi)核配置時(shí)，從kconfig中讀出配置菜單，配置后生成.config文件q編譯內(nèi)核時(shí)，make

8、file讀入對(duì)應(yīng)的.config文件生成內(nèi)核映像q加入新驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核源碼樹時(shí)，需要修改相應(yīng)目錄的kconfig，將新驅(qū)動(dòng)加入內(nèi)核的配置菜單，同時(shí)需要修改makefile文件嵌入式系統(tǒng)研究室11ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-10-內(nèi)核模塊嵌入式系統(tǒng)研究室12ChavezWangG .configMakefileKconfigKconfigKconfigmakefilemakefilearch/arm/makefileScrip/makefilemenuconfig輸出nKconfig配置文件qKonfig文件樹是內(nèi)核的配置數(shù)據(jù)庫(kù)q每個(gè)Kconfig文件描述一系列內(nèi)核配置菜單項(xiàng)，每個(gè)菜

9、單項(xiàng)提供一個(gè)關(guān)鍵字標(biāo)識(shí)q語(yǔ)法：Config 例：config HELLO_MODULE bool “hello test module”嵌入式系統(tǒng)研究室13ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-11-內(nèi)核模塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-12-內(nèi)核模塊nKconfig配置文件q類型定義有：bool 、tristate、string、hex、integer等q 依賴性定義：如果菜單項(xiàng)的出現(xiàn)依賴于另一個(gè)定義時(shí)，就用關(guān)鍵字depends on或者 requires標(biāo)識(shí)configHELLO_MODULEbool “hello test model” depends on ARCH_PXAq幫助定義：關(guān)鍵

10、字help 或者 help-嵌入式系統(tǒng)研究室14ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-13-內(nèi)核模塊n內(nèi)核的makefile:內(nèi)核源碼根目錄下的頂層makefile可以分為五部分1.該makefile本身，負(fù)責(zé)linux內(nèi)核的二進(jìn)制映像文件vmlinux和內(nèi)核模塊的編譯2.內(nèi)核配置文件.config，記錄內(nèi)核的當(dāng)前配置并在編譯時(shí)提供給makefile成為其一部分3.特定體系結(jié)構(gòu)相關(guān)目錄下的makefile，提供與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息4.Scripts下的makefile.*，包含一些內(nèi)核模塊編譯共用的定義和規(guī)則5.內(nèi)核源碼樹各子目錄中的與模塊編譯相關(guān)的kbuild makefile。編譯時(shí)

11、，集成上層makefile傳下來(lái)的宏定義和其他編譯規(guī)則將源代碼編入內(nèi)核或編譯成內(nèi)核模塊嵌入式系統(tǒng)研究室15ChavezWangG nKbuild makefile內(nèi)容：最簡(jiǎn)單的只有一行。以hello.c為例：qobj-y+=hello.o :編譯進(jìn)內(nèi)核的二進(jìn)制映像中qobj-m+=hello.o:編譯成內(nèi)核的可加載模塊qobj-$(CONFIG_HELLO_MODULE)+=hello.on根據(jù)變量的不同，既可以編譯進(jìn)內(nèi)核，也可以編譯為模塊嵌入式系統(tǒng)研究室16ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-13-內(nèi)核模塊nKbuild makefile內(nèi)容：若具有多個(gè)文件，如mymodule由fi

12、le1.c file2.c構(gòu)成，則qMakefile定義為obj-m:=mymodule.oMymodule-objs:=file1.o file2.on在內(nèi)核源碼樹之外的模塊，則用下面的方式編譯：make-C M=$PWD modules嵌入式系統(tǒng)研究室17ChavezWangG 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本原理-13-內(nèi)核模塊驅(qū)動(dòng)程序的編譯設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)-1n設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從總體上看可以分為兩部分q驅(qū)動(dòng)與內(nèi)核的接口層：實(shí)現(xiàn)在內(nèi)核的注冊(cè)加載和卸載清除工作。若采用了中斷處理，還要包括中斷處理函數(shù)的注冊(cè)與注銷。q硬件設(shè)備接口層：主要描述驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的交互。包括：n硬件探測(cè)n硬件初始化n設(shè)備讀寫訪問(wèn)n設(shè)備控

13、制操作嵌入式系統(tǒng)研究室18ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口1nLinux系統(tǒng)中用戶對(duì)設(shè)備的操作采用文件接口實(shí)現(xiàn)。n虛擬文件系統(tǒng)將這種對(duì)文件的訪問(wèn)操作轉(zhuǎn)化為對(duì)設(shè)備的具體操作。n虛擬文件系統(tǒng)為設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的文件操作實(shí)現(xiàn)接口。n該接口定義在：Include/linux/fs.h中的 file_operations定義嵌入式系統(tǒng)研究室19ChavezWangG /* * NOTE: * read, write, poll, fsync, readv, writev can be called * without the big kernel lock held in a

14、ll filesystems. */struct file_operations struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char _user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, char _user *, size_t, loff_t);ssize_t (*write) (struct file *, const char _user *, size_t,

15、loff_t *);ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const char _user *, size_t, loff_t);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);嵌入式系統(tǒng)研究室20ChavezWangG int (

16、*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 datasync);int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);int (*fasync) (int, stru

17、ct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, vo

18、id *);ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);int (*check_flags)(int);int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);int (*flock) (struct file

19、 *, int, struct file_lock *);嵌入式系統(tǒng)研究室21ChavezWangG n注意：q結(jié)構(gòu)體中的函數(shù)，并不是每個(gè)都需要實(shí)現(xiàn)的。q不需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，可以直接初始化為空。n在嵌入式系統(tǒng)中，一般僅僅實(shí)現(xiàn)其中的幾個(gè)接口函數(shù)：read, write, ioctl, open, release等，就可以完成應(yīng)用系統(tǒng)需要的功能嵌入式系統(tǒng)研究室22ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口2nOpen方法：方法open用于打開設(shè)備，open操作是對(duì)設(shè)備的第一個(gè)操作，如果open方法為空，則設(shè)備始終打開成功q遞增使用計(jì)數(shù)q檢查特定設(shè)備錯(cuò)誤q如果設(shè)備是首次打開，則對(duì)其進(jìn)行初始化

20、q識(shí)別次設(shè)備號(hào)嵌入式系統(tǒng)研究室23ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口3虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口4nrelease方法：方法release在關(guān)閉文件時(shí)調(diào)用，其工作與open方法相反q釋放由open分配的filp-private_data中的左右內(nèi)容q使用計(jì)數(shù)減一q在最后一次關(guān)閉操作時(shí)關(guān)閉設(shè)備嵌入式系統(tǒng)研究室24ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口5nread方法：方法read從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)，函數(shù)返回非負(fù)值表示成功讀出的字節(jié)數(shù)q返回值等于傳遞給read系統(tǒng)調(diào)用的count參數(shù)，表明請(qǐng)求的數(shù)據(jù)傳輸成功q返回值大于0，但小于傳遞給read系統(tǒng)調(diào)用的count參數(shù)

21、，表明部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸成功，根據(jù)設(shè)備的不同，導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的原因也不同，一般采取再次讀取的方法q返回值=0，表示到達(dá)文件的末尾q返回值為負(fù)數(shù)，表示出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且指明何種錯(cuò)誤q在阻塞型io中，read調(diào)用會(huì)出現(xiàn)阻塞。嵌入式系統(tǒng)研究室25ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口6nwrite方法：方法write向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)，函數(shù)返回非負(fù)值表示成功寫入的字節(jié)數(shù)n返回值等于傳遞給write系統(tǒng)調(diào)用的count參數(shù)，表明請(qǐng)求的數(shù)據(jù)傳輸成功n返回值大于0，但小于傳遞給write系統(tǒng)調(diào)用的count參數(shù)，表明部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸成功，根據(jù)設(shè)備的不同，導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的原因也不同，一般采取再次寫入的方法n返回值

22、=0，表示沒(méi)有寫入任何數(shù)據(jù)。此時(shí)一般會(huì)重復(fù)調(diào)用writen返回值為負(fù)數(shù)，表示出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且指明是何種錯(cuò)誤。n在阻塞性io中，write調(diào)用會(huì)出現(xiàn)阻塞。嵌入式系統(tǒng)研究室26ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口7nioctl方法：方法ioctl為設(shè)備調(diào)用ioctl提供了一種執(zhí)行設(shè)備特定命令的方法,主要是讀寫之外的其他控制。如配置設(shè)備、進(jìn)入或者退出某種操作模式等。q實(shí)驗(yàn)板上的SPI設(shè)備通道的選擇操作，即通過(guò)這種方式嵌入式系統(tǒng)研究室27ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口8n*owner指向擁有該結(jié)構(gòu)的模塊，內(nèi)核使用指針維護(hù)模塊的使用計(jì)數(shù)nllseek用來(lái)修改文件當(dāng)前位

23、置，并將新位置作為結(jié)果返回。loff_t是在linux中定義的長(zhǎng)偏移量。出錯(cuò)時(shí)返回負(fù)值。嵌入式系統(tǒng)研究室28ChavezWangG n方法poll是系統(tǒng)調(diào)用select和poll的后端實(shí)現(xiàn)，用這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)查詢?cè)O(shè)備是否可以讀寫或者是否處于某種狀態(tài)。如果poll為空，則驅(qū)動(dòng)設(shè)備會(huì)被認(rèn)為既可讀，又可寫，返回值是一個(gè)狀態(tài)掩碼。n方法mmap將設(shè)備內(nèi)存映射到進(jìn)程地址空間。嵌入式系統(tǒng)研究室29ChavezWangG 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口9簡(jiǎn)單的字符驅(qū)動(dòng)-1n大多數(shù)字符設(shè)備比較簡(jiǎn)單，通常直接使用file_operations接口。n本課程將以一個(gè)虛擬的字符設(shè)備test_char為例，說(shuō)明字符驅(qū)動(dòng)

24、的結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)研究室30ChavezWangG 簡(jiǎn)單的字符驅(qū)動(dòng)-2n虛擬文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口q本設(shè)備之設(shè)計(jì)到讀寫和設(shè)備的打開關(guān)閉操作。因此可以定義以下file_opertions結(jié)構(gòu)體變量。struct file_operations testchar_fops.read=test_read,.write=test_write,.open=test_open,.release=test_release;注意：定義結(jié)構(gòu)體變量之前需要先實(shí)現(xiàn)用到的函數(shù)嵌入式系統(tǒng)研究室31ChavezWangG 簡(jiǎn)單的字符驅(qū)動(dòng)-3static char test_val=a;/用全局變量保存虛擬設(shè)備讀寫的數(shù)

25、據(jù)static ssize_t test_read(struct file *filp, char _user *buf, size_t count, loff_t *l)copy_to_user(buf, &val, sizeof(val);return sizeof(val);/copy_to_user(void _user *to, const void *from, unsigned long n);Static ssize_t test_write(struct file *file, const char _user *buf, size_t count, loff_t *

26、l)copy_from_user(&val, buf, sizeof(val);return sizeof(val);/copy_from_user(void *to, void _user *from, unsigned long n)Static int test_open(struct inode *inode, struct file *filp)try_module_get(THIS_MODULE);/模塊計(jì)數(shù)加一return 0; Static int test_release(struct inode *inode, struct file *filp)module_pu

27、t(THIS_MODULE);/模塊計(jì)數(shù)減一return 0;嵌入式系統(tǒng)研究室32ChavezWangG 簡(jiǎn)單的字符驅(qū)動(dòng)-4n驅(qū)動(dòng)模塊的加載和卸載操作#define TEST_MAJOR 251#define TEST_NAME“TEST_CHAR”int _init init_routine(void)register_chrdev(TEST_MAJOR, TEST_NAME, &testchar_fops);return0;/int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operation

28、s /*fops)Void cleanup_routine(void)unregister_chrdev(TEST_MAJOR,TEST_NAME);module_init(init_routine);module_exit(cleanup_routine);嵌入式系統(tǒng)研究室33ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-1nLinux2.2版之前沒(méi)有統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)形式，2.4通過(guò)使用一組通用接口將PCI、PCMIA等整合到一個(gè)單一的設(shè)備結(jié)構(gòu)中，2.6內(nèi)核則更進(jìn)一步，試圖在整個(gè)系統(tǒng)的范圍內(nèi)對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行抽象，建立一個(gè)統(tǒng)一的全新設(shè)備模型n新模型包括四個(gè)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：nstruct kob

29、jectnstruct ksetnstruct ktypenstruct subsystem嵌入式系統(tǒng)研究室34ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-2nstruct kobject結(jié)構(gòu)：最底層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct kobjectchar*k_name;/動(dòng)態(tài)分配空間的設(shè)備名稱charnameKOBJ_NAME_LEN;/長(zhǎng)度受限的設(shè)備名稱atomic_t refcount;/引用計(jì)數(shù)struct list_head entry;/掛接到所有集合中去的入口struct kobject *parent;/商機(jī)對(duì)象的指針struct kset*kset;/所屬對(duì)象集合的指針

30、struct kobj_type ktype;/所屬對(duì)象類型指針struct dentry *dentry;/在sysfs系統(tǒng)中的文件節(jié)點(diǎn)路徑指針嵌入式系統(tǒng)研究室35ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-3nstruct kset結(jié)構(gòu)：用于描述同一類kobject集合struct ksetstruct subsystem *subsys;/所在的subsystem的指針struct kobj_type *ktype;/集合中的對(duì)象類型struct list_headlist;/集合中的對(duì)象鏈表struct kobjectkobj;/集合自身相關(guān)信息的內(nèi)核對(duì)象struct ks

31、et_hotplug_ops*hotplug_ops;/該集合的熱插拔函數(shù)嵌入式系統(tǒng)研究室36ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-4nstruct kobj_ktype結(jié)構(gòu)：struct kobj_typevoid (*release)(struct kobject *);/本類對(duì)象的釋放函數(shù)struct sysfs_ops*sysfs_ops;/本類對(duì)象在sysfs中的操作函數(shù)struct attribute * *default_attrs;/本類對(duì)象在sysfs中的屬性嵌入式系統(tǒng)研究室37ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-5nstruct sub

32、system內(nèi)核對(duì)象子系統(tǒng)：是最上層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于描述同屬一類設(shè)備的子系統(tǒng)struct subsystemstruct kset kset;/該子系統(tǒng)的內(nèi)核對(duì)象集合struct rw- semaphore rwsem；/互斥訪問(wèn)信號(hào)量嵌入式系統(tǒng)研究室38ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-6n系統(tǒng)初始化時(shí)，drivers/base/init.c中的driver-init()函數(shù)將幾個(gè)頂層子系統(tǒng)的subsystem數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)注冊(cè)到內(nèi)核q初始化子系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)q在sysfs文件系統(tǒng)下建立各個(gè)子系統(tǒng)的目錄樹n五個(gè)子系統(tǒng)：n設(shè)備子系統(tǒng)devices_subbusn總線子系統(tǒng)bus_s

33、ubbusn設(shè)備基類子系統(tǒng)class_subbusn固件子系統(tǒng)（fireware_subbus)n虛擬系統(tǒng)總線子系統(tǒng)（system_subbus)嵌入式系統(tǒng)研究室39ChavezWangG Linux 2.6內(nèi)核設(shè)備模型-7n五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成了管理框架n初始化時(shí)，初始化程序調(diào)用內(nèi)核對(duì)象注冊(cè)函數(shù)將設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的成員kobject結(jié)構(gòu)注冊(cè)到相應(yīng)的子系統(tǒng)中n最終用戶可以通過(guò)sysfs文件系統(tǒng)看到所有設(shè)備的信息嵌入式系統(tǒng)研究室40ChavezWangG Linux內(nèi)核的中斷處理-1n中斷機(jī)制是實(shí)現(xiàn)外部I/O異步操作的重要方法nLinux內(nèi)核對(duì)外部設(shè)備的中斷處理在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序里實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)研究室41C

34、havezWangG Linux內(nèi)核的中斷處理-2n中斷處理程序的注冊(cè)q注冊(cè)函數(shù)Int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t(*handler)(int, void*,struct pt_regs*),unsigned long irq_flags, const char *devname, void * dev_id);n該函數(shù)成功則返回0；nirq為要注冊(cè)的中斷號(hào)nHandler指向中斷處理程序的函數(shù)指針nirq-flags為中斷標(biāo)志，含義如下：qSA_INTERRUPT:不受中斷屏蔽的影響，任何情況下都可以響應(yīng)。一般只有時(shí)鐘中斷具有此標(biāo)志。q

35、SA_SAMPLE_RAMDOM:產(chǎn)生中斷的間隔時(shí)間放入系統(tǒng)隨機(jī)數(shù)的內(nèi)核熵池qSA_SHIRQ:表明為共享中斷嵌入式系統(tǒng)研究室42ChavezWangG Linux內(nèi)核的中斷處理-3n中斷處理程序的注冊(cè)qdev_name:與中斷相關(guān)的設(shè)備名字。qdev_id：主要用于共享中斷中，釋放共享中斷時(shí)，根據(jù)dev_id的標(biāo)志信息來(lái)刪除指定的那個(gè)中斷處理程序處理的中斷。q若dev_id設(shè)為null，則為獨(dú)占式的中斷嵌入式系統(tǒng)研究室43ChavezWangG Linux內(nèi)核的中斷處理-4n中斷處理程序的釋放Void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)q若釋放的

36、中斷是共享的，則dev_id對(duì)應(yīng)的中斷處理程序與中斷的綁定關(guān)系被刪除q若刪除了最后一個(gè)中斷處理程序的綁定關(guān)系，則此中斷被禁用q若要釋放的中斷是非共享的，則刪除中斷處理程序的同時(shí)也將禁用中斷嵌入式系統(tǒng)研究室44ChavezWangG Linux內(nèi)核的中斷處理-5n中斷處理程序的編寫n中斷處理程序與其他內(nèi)核函數(shù)的不同之處：中斷處理程序發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)都必須在內(nèi)核空間，不能在內(nèi)核與用戶空間之間發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)n中斷不能做任何可能發(fā)生休眠的操作，也不能調(diào)用schedule函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度。static irqreturn_t irq_handler(int irq, void *dev_id,stru

37、ct pt_regs *regs)n當(dāng)中斷程序被調(diào)用并正確處理時(shí)，返回IRQ_HANDLED,否則返回IRQ_NONE嵌入式系統(tǒng)研究室45ChavezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-1n問(wèn)題引入：n通常中斷處理程序需要盡量做到短小和快速處理，以免中斷阻塞時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響實(shí)時(shí)性和中斷響應(yīng)速度n但是，有些設(shè)備產(chǎn)生中斷后需要處理較多的與中斷相關(guān)的工作，所以速度會(huì)比較慢n處理方法n將中斷處理分為兩個(gè)部分：q中斷處理程序部分：只做必要的有嚴(yán)格時(shí)限的工作，如中斷應(yīng)答和復(fù)位硬件等，一般需要屏蔽中斷的情況下處理q其他需要時(shí)間的不是很緊急的工作推后處理。嵌入式系統(tǒng)研究室46ChavezWang

38、G n內(nèi)核工作推后執(zhí)行的機(jī)制主要有：q軟中斷qtaskletq工作隊(duì)列嵌入式系統(tǒng)研究室47ChavezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-2n軟中斷：通常用于執(zhí)行頻率很高的強(qiáng)實(shí)時(shí)性的場(chǎng)合。作為一種底層機(jī)制，很少由內(nèi)核程序員直接使用。enumHI_SOFTIRQ=0,/優(yōu)先級(jí)高的tasklet軟中斷TIMER_SOFTIRQ,/定時(shí)器軟中斷NET_TX_SOFTIRQ,/網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包發(fā)送軟中斷NET_RX_SOFTIRQ,/網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收軟中斷SCSI_SOFTIRQ,/SCSI軟中斷的軟中斷TASKLET_SOFTIRQ./tastlet軟中斷的軟中斷嵌入式系統(tǒng)研究室48Chav

39、ezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-3ntasklet:小任務(wù)，指一小段可以執(zhí)行的嗲嗎，通常以函數(shù)的形式出現(xiàn)，對(duì)于io驅(qū)動(dòng)程序，是實(shí)現(xiàn)工作推后執(zhí)行的首選方法。ntasklet基于軟中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上只是一種軟中斷的應(yīng)用和包裝struct tasklet_structstruct tasklet_struct *next;/指向鏈表中的下一個(gè)結(jié)構(gòu)體unsigned long state;/tasklet的狀態(tài),初始化時(shí)為0，被調(diào)用時(shí)為1atomic_t count;/引用計(jì)數(shù)器，若不為0，則不能執(zhí)行；若為0則可以執(zhí)行void (*func)(unsigned long);/

40、tasklet處理函數(shù)unsigned long data;/給tasklet處理函數(shù)的參數(shù)嵌入式系統(tǒng)研究室49ChavezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-4ntasklet的使用qtasklet聲明：DECLARE_TASKLET(name,func,data)/初始值為0，激活狀態(tài)DECLARE_TASKLET_DISABLED(name,func,data)/初始值為1，停用狀態(tài)nname:tasklet_struct變量的名字nfunc：是tasklet的執(zhí)行函數(shù)ndata：是tasklet執(zhí)行函數(shù)的參數(shù)嵌入式系統(tǒng)研究室50ChavezWangG Linux2.6內(nèi)

41、核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-5ntasklet的使用qtasklet執(zhí)行函數(shù)定義Void func(unsigned long data)q注意：n必須與struct tasklet_struct結(jié)構(gòu)中的func定義一致nFunc（）要在tasklet聲明之前定義n不能使用信號(hào)量或者其他可能引起阻塞的函數(shù)，因?yàn)閠asklet不能休眠嵌入式系統(tǒng)研究室51ChavezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-6ntasklet的使用qtasklet的調(diào)度ntasklet_schedule(&name):將一個(gè)tasklet狀態(tài)置為準(zhǔn)備執(zhí)行狀態(tài)，系統(tǒng)由合適的機(jī)會(huì)時(shí)，就會(huì)盡快執(zhí)行nTasklet_disable():將tasklet的count計(jì)數(shù)增1，從而停用該taskletnTasklet_enable():激活tasklet。nTasklet_kill():從等待執(zhí)行的tasklet隊(duì)列中刪除一個(gè)tasklet嵌入式系統(tǒng)研究室52ChavezWangG Linux2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行機(jī)制-