高中信息技术教学论文 于PCI9656设备驱动程序的Linux2.6内核研究

用心 爱心 专心1 于于 PCI9656PCI9656 设备驱动程序的设备驱动程序的 Linux2 6Linux2 6 内核研究内核研究 摘要 本文以 64 位 PCI 总线接口芯片 PCI9656 的设备驱动程序为基础 比较了 Linux2 6 内核与 2 4 内核的区别 设计与开发了在 Linux 2 6 内核下 PCI9656 设备驱动程序 进而 研究了 2 6 内核的内存和中断管理机制 关键字 Linux2 6 设备驱动程序 PCI9656 1 引言 Linux 操作系统因为其高效 安全 可动态加载及源代码开放等特点 深受设备驱动程序 开发人员的喜爱 系统内核大部分独立于底层硬件运行 用户无需关心硬件问题 而用户 操作是通过一组标准化的调用来完成 设备驱动程序的任务是将这些调用映射到作用于实 际硬件设备的特定操作上 该编程接口能够使得驱动程序独立于内核的其他部分来搭建 在需要时才动态加载到内核 这种模块化的特点 使得 Linux 设备驱动程序的编写过程变 得清晰简单 目前 为满足日益庞大的数据处理需要 基于 64 位 PCI 总线接口设备的研究开发显得尤为 重要 因而本文将基于 PLX 公司推出的 PCI 总线接口芯片 PCI9656 设计开发在 Linux2 6 内核下的设备驱动程序 进而对 2 6 内核的内存和中断管理机制进行分析研究 2 Linux2 6 与 2 4 内核的比较 2 1 系统稳定性 为了彻底防止对正在被使用的内核模块进行错误操作 2 6 内核在加载和导出内核模块方 面都较 2 4 内核进行了改进 避免了用户执行将导致系统崩溃的操作 例如强制删除模块 等 同时 当驱动程序需要在多个文件中包含头文件时 不必定义宏 N O VERSION 来检查内核的版本 2 2 统一设备模型 统一设备模型的创建是 2 6 内核最重要的变化之一 它促进了模块接口的标准化 其目的 是更好地控制和管理设备 主要包括 更准确地确定系统设备 更高效的进行电源管理以 及改进的系统总线结构管理 2 3 内核基础设施 2 6 内核为了区别以 o 为扩展名的常规对象文件 将内核模块的扩展名改为 ko 相对于 2 4 内核下系统所支持的 RAM 为 4GB 而言 2 6 内核下系统支持更大数量的 RAM 在分页模式下 最高可达 64GB 同时 2 6 内核优化了 I O 调度器 确保不会有进程驻留在队列中过长时 间等待输入 输出操作 使得 I O 操作的响应更为迅速 2 4 外部设备 用心 爱心 专心2 在 2 4 内核中有约束大型系统的限制 比如支持的每一类设备的最大数量为 256 而 2 6 内核则彻底地打破了这些限制 可以支持 4095 种主要的设备类型 每一个单独的类型又可 以支持超过一百万个的子设备 3 Linux2 6 内核下 PCI 设备驱动程序的设计 3 1 PCI 设备驱动程序中核心数据结构 在 2 6 内核下使用 file operations 数据结构 来建立设备驱动程序中的函数与主设备号 major number 之间的对应关系 该数据结构中包含了指向驱动程序内部大多数函数的指针 描述了虚拟文件系统如何操作一个打开的外围设备 因而 file operations 结构是驱动 程序向内核其他部分提供的一个统一的标准设备接口 file 结构是设备驱动程序使用的另一个重要的数据结构 指示当前系统中已打开的文件 它在 C 语言库中定义 在调用内核 open 函数时创建 并传递给在该设备上进行操作的所有 函数 直到最后的 close 函数 file 结构中还包含了指向它所拥有的 file operations 结 构的指针 inode 结构由内核自动生成 代表已打开文件的描述符 与每个打开的文件一一对应 它 包含了两个重要的结构成员 dev t 扩展到 32 位 其中 12 位主设备号 20 位从设备号 而 cdev 用于存储一个指向字符设备文件的指针 3 2 驱动程序与内核和外部设备间的关系 1 通过 Linux 提供的系统调用函数 例如 init module 等 进入内核 这些函数在 2 6 内 核版本下总共有两百多个 提供了几乎所有应用程序进入内核所需要执行的操作 2 系统的内核函数都有 sys 前缀 例如函数 sys init module 应用程序通过访 问设备文件系统来调用这些函数 这一层主要是 devfs device filesystem 文件管 理机制 它是从普通文件和设备文件抽象出来的一个文件系统层 完成进入具体的设备文 件操作之前的准备工作 3 由设备驱动程序提供具体的函数 来完成对硬件设备的各种操作 特别的对于 PCI965 6 来说 就是通过 PCI 接口对设备的寄存器和存储器进行访问操作 例如调用 register ch rdev 等函数来初始化芯片内部的状态寄存器和配置寄存器 3 3 PCI9656 芯片的操作流程 PCI 总线是目前最常用的外设总线之一 Linux 的 PCI 内核代码为 PCI 设备驱动程序的开发 提供了强大的支持 PCI9656 的驱动程序主要包括以下几个方面 设备初始化 为 PCI 芯 片分配内存资源 实现数据的读写功能 中断处理 系统收回内存资源 关闭设备等 4 Linux2 6 内核下内存和中断管理的研究 用心 爱心 专心3 2 6 内核应用了许多新技术来实现对各类外部设备驱动程序的更好支持 下面结合 PCI9656 驱动程序中的内存和中断管理 进一步分析和研究 2 6 内核对内存和中断进行的改进和优 化 4 1 内存管理 在 Linux 内存管