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Linux驱动程序开发

助工
2008-03-01 20:56:14     打赏


在网上找了篇好文章,对初学者非常有用

(转载文章)

一.基本知识

 


1.  驱动分类

 


字符设备character device:采用字符流方式访问的设备,如字符终端,串口,一般顺序访问,但也可以前后移动访问指针,如帧捕捉卡

 


块设备Block device:采用数据块方式访问的设备,如磁盘等,可以随意移动访问。和字符设备的差异在于内核内部管理数据的方式,如采用缓存机制等。并必须支持 mount文件系统。

 


上两者通过mknod来创建设备并使用

 


网络接口 network interface:数据包传输方式访问的设备,和上两者不同。通过ifconfig来创建和配置设备。网络驱动同块驱动最大的不同在于网络驱动异步接受外界数据,而块驱动只对内核的请求作出响应。

 


其他other:总线类,如USB, PCI, SCSI等,/proc接口等,一般同其他驱动联合使用

 


2.  模块

 


Linux下驱动以模块的方式展现,可以单独作为模块在运行时同内核连接,也可以直接连接进内核。模块同内核版本密切相关。通过模块计数来维持生命周期,确定是否可卸载。/proc/modules保存了当前连接入内核的模块信息。

 


模块和应用程序的差异:

 


模块运行在内核空间,应用程序在用户空间

 


模块只能使用内核导出的函数,不能使用其他函数库,包括glibc库。

 


模块必须考虑到并发,所以代码都必须是可重入的。

 


3.  资源

 


模块需要申请资源(I/O端口,I/O内存,DMA通道,中断等)

 


/proc下的ioports,iomem,dma,interrupts列出了已注册的资源

 


4.  设备

 


设备一般是采用设备文件方式,处于/dev下,但也并非一定需要,如网卡就没有。每个设备有设备名称,主设备号和次设备号。主设备号标识设备对应的驱动程序,驱动程序需要向系统注册一个主设备号。次设备号区分具体设备,由驱动程序管理。

 


5.  中断处理

 


驱动通过request_irq和free_irq来申请和释放中断号。

 


调用request_irq的正确位置应该是在设备第一次打开,硬件被告知产生中断之前;调用free_irq的正确位置应该是在最后一次关闭设备,硬件被告知不要再中断处理之后。这种方式需要为每个设备保存一个打开计数。

 


中断处理函数的限制

 


(1)       在中断发生时运行,不能向用户空间发送和接受数据,因为它不是在任何进程上下文执行的

 


(2)       不能做任何可能发生睡眠的操作,如sleep_on,使用不带GFP_ATOMIC标志的分配内存操作,或锁定一个信号量等

 


(3)       不能调用schedule函数

 


技巧:

 


执行时间尽量短,长时间计算采用tasklet或任务队列方式。一般采用Top half和Bottom half方式。Top half是实际中断处理例程,尽量短。Bottom half是一个被Top half调度,并在稍后更安全时执行的例程,一般用tasklet方式

 


典型情况为:顶半部程序保存设备数据到一个设备特定缓存区并调度它的底半部,并且退出。底半部执行其他必要工作,如唤醒进程,启动其他I/O操作等,此时所有的中断都处于启用状态。但底半部程序也受同样中断处理函数的限制

 


具体中断个数以及中断号分配等,和具体CPU相关,要参见CPU说明。每个中断都会有中断掩码位(该中断是否有效,enable_irq/disable_irq就修改该位),中断悬挂位(该中断是否生成),中断优先级(该中断的优先级)

 


 

 


二.模块函数

 


Init_module初始化函数,注册模块,连接到内核时被调用

 


Clean_module卸载函数,Init_module的逆操作,撤消所有注册,从内核中移出时调用

 


(常用方式是自定义初始化/卸载函数,使用module_init(my_init),module_exit(my_cleanup)来声明,使得直接连接进内核的驱动更容易编写,因为内核中每个驱动的初始化/卸载函数为不同名字)

 


驱动可以提供的其他函数,通过file_operations结构,常用的有

 


open打开设备,应该是对设备的第一个操作函数。如为NULL,则所有调用都成功

 


release关闭设备,在文件结构被释放。只有当设备文件的所有拷贝都被释放时,才进行release调用,而不是每次应用调close时都执行。同open一样,也可以为NULL

 


read 用来从设备接受数据。

 


write用来往设备发数据

 


ioctl是用来给设备发送命令的接口函数

 


mmap用来请求将设备内存映射到进程空间

 


poll是两个系统调用poll和select的背后支撑。如果驱动未定义,则假设设备既可读又可写。

 


 

 


三.建议的一些技巧

 


1.在线参考Linux内核源码,通过“The Linux Cross-Reference project ”站点,如http://www.iglu.org.il/lxr/blurb.html,http://lxr.linux.no/,很方便查找各个Identifie

 


2.就是根据具体硬件功能,参考相类似的驱动,进行修改。Linux下开发的好处就在于源码共享,各种硬件基本上都能找到类似功能的驱动源码,在Linux提供的较可靠的驱动上进行修改,有利于提高开发效率和驱动的可靠性。首先采用模块方式进行调试,在调试好后根据具体情况考虑是否直接连接到内核中。

 


3.其他技巧包括:

 


多用printk打印调试信息,内核调试需要掌握日志调试技术

 


掌握内核定时器和tasklet,这两个也是驱动中常用的

 


自旋锁的使用,规范的驱动都使用自旋锁,即使在单处理器情况下仍考虑到并发处理,并要注意如在中断处理函数中使用spin_lock和spin_unlock,此时在非中断函数中必须使用spin_lock_irqsave或spin_lock_irq等禁用中断的版本,以防死锁

 

4.手中一本驱动开发必备之Linux Device Drivers 2nd的中文版或英文版



关键词: Linux     驱动     程序开发     设备     方式     内核     使用    

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