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隨著計算機技術的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)的種類也越來越多樣化。其中，Linux操作系統(tǒng)在開源方面發(fā)揮了極大的作用，提供了各種各樣的開源工具和平臺，讓開發(fā)者們可以自由地進行開發(fā)。
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Linux系統(tǒng)中的字符驅動是其中的一個重要部分。這種驅動程序可以幫助Linux系統(tǒng)與硬件設備進行通信，使得硬件設備能夠被正確地識別和使用。在本文中，我們將詳細討論Linux字符驅動的開發(fā)及其應用。
一、Linux字符驅動的基礎知識
在學習Linux字符驅動的開發(fā)之前，我們需要了解一些基礎知識。
在Linux系統(tǒng)中，每一個設備都被表示為一個文件。這種文件稱為設備文件。設備文件的特點是可以像普通文件一樣被訪問和編輯。但是，由于設備本身是硬件設備，因此對設備文件的訪問會被轉化為對硬件設備的操作。
在Linux系統(tǒng)中，硬件設備通常被分為三種類型：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。在本文中，我們主要討論的是字符設備。
字符設備在Linux系統(tǒng)中的表示方式是一個數(shù)字，稱為主設備號。每個字符設備可以擁有不同的主設備號。除此之外，每個字符設備還可以有一些輔助設備號，被稱為次設備號。字符設備的主設備號和次設備號可以幫助內核確定要使用哪個設備驅動程序與硬件設備進行通信。
Linux系統(tǒng)中一般使用C語言編寫驅動程序。這是因為C語言具有良好的性能和可移植性，可以很好地適應不同的硬件設備和操作系統(tǒng)。
二、Linux字符驅動的開發(fā)過程
了解了Linux字符驅動的基礎知識之后，我們來看一下Linux字符驅動的開發(fā)過程。
我們需要為要開發(fā)的字符設備創(chuàng)建一個設備文件。這可以通過以下命令實現(xiàn)：
“`
sudo mknod /dev/mydev c
“`
其中，mydev是我們?yōu)樵O備命名的名稱。主設備號和次設備號可以根據(jù)需要進行設置。
接下來，我們需要編寫字符驅動程序。驅動程序的代碼通常包含以下幾個部分：
1. 頭文件。這些文件通常包括linux/init.h、linux/module.h、linux/fs.h等。
2. 模塊初始化函數(shù)。該函數(shù)在驅動程序加載時被調用。
3. 文件操作函數(shù)。這些函數(shù)包括打開、關閉、讀取、寫入、控制等操作。這些函數(shù)是驅動程序的主要實現(xiàn)部分。
4. 模塊清理函數(shù)。該函數(shù)在驅動程序卸載時被調用，用于清理模塊中的資源。
下面是一個簡單的例子：
“`
#include
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE(“GPL”);
int mydev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO “mydev: device is opened\n”);
return 0;
}
int mydev_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO “mydev: device is closed\n”);
return 0;
}
ssize_t mydev_read(struct file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
printk(KERN_INFO “mydev: read from device\n”);
return 0;
}
ssize_t mydev_write(struct file *filp, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
printk(KERN_INFO “mydev: write to device\n”);
return length;
}
struct file_operations mydev_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = mydev_open,
.release = mydev_release,
.read = mydev_read,
.write = mydev_write,
};
static int __init mydev_init(void)
{
printk(KERN_INFO “mydev: module is loaded\n”);
return register_chrdev(240, “mydev”, &mydev_fops);
}
static void __exit mydev_exit(void)
{
printk(KERN_INFO “mydev: module is unloaded\n”);
unregister_chrdev(240, “mydev”);
}
module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
“`
在上面的例子中，我們定義了四個文件操作函數(shù)，分別是打開、關閉、讀取和寫入函數(shù)。這些函數(shù)都很簡單，只是輸出一些信息。
除此之外，我們還定義了一個`struct file_operations`類型的變量，包含了這些文件操作函數(shù)的指針。然后，在初始化函數(shù)`mydev_init`中，我們調用了函數(shù)`register_chrdev`，將我們定義的文件操作符和主設備號240注冊到內核中。在卸載函數(shù)`mydev_exit`中，我們調用了函數(shù)`unregister_chrdev`，將之前注冊的主設備號卸載。
三、Linux字符驅動的應用
完成了字符驅動的開發(fā)之后，我們可以進行一些簡單的測試。
使用make命令編譯并安裝我們的驅動程序：
“`
make
sudo inod mydev.ko
“`
然后，我們可以使用以下命令打開設備文件并對其進行一些操作：
“`
sudo cat /dev/mydev
“`
這時，我們的讀取函數(shù)將會被調用，并輸出一條信息。我們還可以對設備文件進行寫入操作：
“`
sudo echo “hello” >/dev/mydev
“`
這時，我們的寫入函數(shù)將會被調用，并輸出一條信息。
相關問題拓展閱讀：
- 在Linux內核中,注冊字符設備驅動程序的函數(shù)是?
- Linux字符設備驅動的組成？
在Linux內核中,注冊字符設備驅動程序的函數(shù)是?
字符設備驅動程序框架 1、寫出open、write函數(shù) 2、告訴內核 1）、定義一個struct file_operations結構并填充好 static struct file_operations first_drv_fops = { .owner = THIS_MODULE, /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創(chuàng)建的__this_module變量 */ .open = first_drv_open, .write = first_drv_write, }; 2）、把struct file_operations結構體告訴內核 major = register_chrdev(0, “first_drv”, &first_drv_fops); // 注冊, 告訴內核相關參數(shù)：之一個，設備號，0自動分配主設備號，否則為主設備號0－255 第二個：設備名第二個：struct file_operations結構體 4）、register_chrdev由誰調用（入口函數(shù)調用） static int first_drv_init(void) 5）、入口函數(shù)須使用內核宏來修飾 module_init(first_drv_init); module_init會定義一個結構體，這個結構體里面有一個函數(shù)指針指向first_drv_init這個函數(shù)，當我們加載或安裝一個驅動時，內核會自動找到這個結構體，然后調用里面的函數(shù)指針，這個函數(shù)指針指向first_drv_init這個函數(shù)，first_drv_init這個函數(shù)就是把struct file_operations結構體告訴內核 6）、有入口函數(shù)就有出口函數(shù) module_exit(first_drv_exit); 最后加上協(xié)議 MODULE_LICENSE(“GPL”); 3、mdev根據(jù)系統(tǒng)信息自動創(chuàng)建設備節(jié)點： 每次寫驅動都要手動創(chuàng)建設備文件過于麻煩，使用設備管理文件系統(tǒng)則方便很多。在2.6的內核以前一直使用的是devfs，但是它存在許多缺陷。它創(chuàng)建了大量的設備文件，其實這些設備更本不存在。而且設備與設備文件的映射具有不確定性，比如U盤即可能對應sda，又可能對應sdb。沒有足夠的主/輔設備號。2.6之后的內核引入了sysfs文件系統(tǒng)，它掛載在/sys上，配合udev使用，可以很好的完成devfs的功能，并彌補了那些缺點。（這里說一下，當今內核已經(jīng)使用netlink了）。 udev是用戶空間的一個應用程序，在嵌入式中用的是mdev，mdev在busybox中。mdev是udev的精簡版。首先在busybox中添加支持mdev的選項： Linux System Utilities —> mdev Support /etc/mdev.conf Support subdirs/symlinks Support regular expressions substitutions when renaming device Support command execution at device addition/removal 然后修改/etc/init.d/rcS: echo /in/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug /in/mdev -s 執(zhí)行mdev -s ：以‘-s’為參數(shù)調用位于 /in目錄寫的mdev（其實是個鏈接，作用是傳遞參數(shù)給/bin目錄下的busybox程序并調用它），mdev掃描 /sys/class 和 /sys/block 中所有的類設備目錄，如果在目錄中含有名為“dev”的文件，且文件中包含的是設備號，則mdev就利用這些信息為這個設備在/dev 下創(chuàng)建設備節(jié)點文件。一般只在啟動時才執(zhí)行一次 “mdev -s”。熱插拔事件：由于啟動時運行了命 令：echo /in/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug ，那么當有熱插拔事件產(chǎn)生時，內核就會調用位于 /in目錄的mdev。這時mdev通過環(huán)境變量中的 ACTION 和 DEVPATH，來確定此次熱插拔事件的動作以及影響了/sys中的那個目錄。接著會看看這個目錄中是否“dev”的屬性文件，如果有就利用這些信息為 這個設備在/dev 下創(chuàng)建設備節(jié)點文件重新打包文件系統(tǒng)，這樣/sys目錄，/dev目錄就有東西了下面是create_class的原型： #define class_create(owner, name) / ({ / static struct lock_class_key __key; / __class_create(owner, name, &__key); / }) extern struct class * __must_check __class_create(struct module *owner, const char *name, struct lock_class_key *key); class_destroy的原型如下： extern void class_destroy(struct class *cls); device_create的原型如下： extern struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, …) __attribute__((format(printf, 5, 6))); device_destroy的原型如下： extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt); 具體使用如下，可參考后面的實例： static struct class *firstdrv_class; static struct class_device *firstdrv_class_dev; firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, “firstdrv”); firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, “xyz”); /* /dev/xyz */ class_device_unregister(firstdrv_class_dev); class_destroy(firstdrv_class); 下面再來看一下應用程序如何找到這個結構體的在應用程序中我們使用open打開一個設備：如：open(/dev/xxx, O_RDWR); xxx有一個屬性，如字符設備為c,后面為讀寫權限，還有主設備名、次設備名，我們注冊時 通過register_chrdev(0, “first_drv”, &first_drv_fops)（有主設備號，設備名，struct file_operations結構體）將first_drv_fops結構體注冊到內核數(shù)組chrdev中去的，結構體中有open,write函數(shù)，那么應用程序如何找到它的，事實上是根據(jù)打開的這個文件的屬性中的設備類型及主設備號在內核數(shù)組chrdev里面找到我們注冊的first_drv_fops，實例代碼： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include static struct class *firstdrv_class; static struct class_device *firstdrv_class_dev; volatile unsigned long *gpfcon = NULL; volatile unsigned long *gpfdat = NULL; static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { //printk(“first_drv_open\n”); /* 配置GPF4,5,6為輸出 */ *gpfcon &= ~((0x3); return 0; } if (strcmp(argv, “on”) == 0) { val = 1; } else { val = 0; } write(fd, &val, 4); return 0; }
Linux字符設備驅動的組成？
Linux系統(tǒng)下具有三種設備，分別是字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備，Linux下的字符設備是指只能一個字節(jié)一個字節(jié)讀寫的設備，不能隨機讀取設備內存中某一數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的時候需要按照先后順序進行，字符設備是面向流的設備，常見的字符設備有鼠標、鍵盤、串口、控制臺和LED等，接下來，簡單介紹Linux字符設備驅動的基本結構。更多Linux介紹可查看《Linux就該這么學》。
在Linux中，字符設備驅動由如下幾個部分組成。
1.字符設備驅動模塊加載與卸載函數(shù)
在字符設備驅動模塊加載函數(shù)中應該實現(xiàn)設備號的申請和cdev的注冊，而在卸載函數(shù)中應實現(xiàn)設備號
的釋放和cdev的注銷。
Linux內核的編碼習慣是為設備定義一個設備相關的結構體，該結構體包含設備所涉及的cdev、私有
數(shù)據(jù)及鎖等信息。2.字符設備驅動的file_operations結構體中的成員函數(shù)
file_operations結構體中的成員函數(shù)是字符設備驅動與內核虛擬文件系統(tǒng)的接口，是用戶空間對Linux
進行系統(tǒng)調用最終的落實者。設備驅動的讀函數(shù)中，filp是文件結構體指針，buf是用戶空間內存的地址，該地址在內核空間不宜直
接讀寫，count是要讀的字節(jié)數(shù)，f_pos是讀的位置相對于文件開頭的偏移。
設備驅動的寫函數(shù)中，filp是文件結構體指針，buf是用戶空間內存的地址，該地址在內核空間不宜直
接讀寫，count是要寫的字節(jié)數(shù)，f_pos是寫的位置相對于文件開頭的偏移。
由于用戶空間不能直接訪問內核空間的內存，因此借助了函數(shù)copy_from_user（）完成用戶空間緩沖
區(qū)到內核空間的復制，以及copy_to_user（）完成內核空間到用戶空間緩沖區(qū)的復制，見代碼第6行和第14
行。
完成內核空間和用戶空間內存復制的copy_from_user（）和copy_to_user（）的原型分別為：
unsigned long copy_from_user(void *to, const void _ _user *from, unsigned long count);
unsigned long copy_to_user(void _ _user *to, const void *from, unsigned long count);
上述函數(shù)均返回不能被復制的字節(jié)數(shù)，因此，如果完全復制成功，返回值為0。如果復制失敗，則返
回負值。如果要復制的內存是簡單類型，如char、int、long等，則可以使用簡單的put_user（）和
get_user（）讀和寫函數(shù)中的_user是一個宏，表明其后的指針指向用戶空間，實際上更多地充當了代碼自注釋的
功能。內核空間雖然可以訪問用戶空間的緩沖區(qū)，但是在訪問之前，一般需要先檢查其合法性，通過
access_ok（type，addr，size）進行判斷，以確定傳入的緩沖區(qū)的確屬于用戶空間。
17 Linux字符設備驅動概述
關于linux字符驅動實例的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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文章題目：實例詳解：Linux字符驅動的開發(fā)與應用 (linux字符驅動實例)
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