第8章嵌入式设备驱动ppt课件

1、嵌入式设备驱动陈文智 浙江大学计算机学院2019年4月提纲l1、Linux下设备驱动程序简介 l2、设备驱动程序构造 l3、设备驱动实验l实验一：编写一个简单的驱动程序 l实验二：设计和实现一个KED&LED驱动程序 l实验三：静态编译驱动程序，衔接到内核 l实验四：运用中断方式的驱动程序设计 1、Linux下设备驱动程序简介l系统调用是操作系统内核和运用程序之间的接口 l设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口 lLinux设备驱动的特点是可以以模块的方式加载各种设备类型 l由于嵌入式设备往往具有大量的独有外设，开发人员需求把很多精神放在设备驱

2、动方面 1.1 Linux设备的分类 l字符设备l以字节为单位逐个进展I/O操作 l字符设备中的缓存是可有可无 l不支持随机访问 l如串口设备/dev/cua0和/dev/cua1 l块设备 l块设备的存取是经过buffer、cache来进展 l可以进展随机访问 l例如IDE硬盘设备/dev/hda l可以支持可安装文件系统l网络设备 l经过BSD套接口访问 1.2 Linux设备文件 lLinux笼统了对硬件的处置，一切的硬件设备都可以作为普通文件一样来对待 l可以运用和操作文件一样的、规范的系统调用接口来完成翻开、封锁、读写和I/O控制操作 l对用户来说，设备文件与普通文件并无区别 1.3

3、 主设备号和次设备号 l主设备号：标识该设备的种类，也标识了该设备所运用的驱动程序l次设备号：标识运用同一设备驱动程序的不同硬件设备 l一切曾经注册即曾经加载了驱动程序的硬件设备的主设备号可以从/proc/devices文件中得到 l rootwzchent# mknod /dev/lp0 c 6 01.4 Linux设备驱动代码的分布 l/block l/char l/cdrom l/pci l/scsi l/net l/sound l注：IDE接口的CD驱动位于drivers/block/ide-cd.c中，而SCSI CD驱动位于drivers/scsi/scsi.c中 1.5 Linu

4、x设备驱动程序的特点 l设备驱动是内核的一部分，影响内核稳定l为内核或其从属子系统提供一个规范接口l运用规范的内核效力如内存分配、中断和等待队列等 l大多数Linux设备驱动可以动态可加载 lLinux设备驱动程序可配置 l驱动程序维护其控制的设备，该设备即使不存在也不影响系统的运转，此时设备驱动只是占用少量系统内存，不会对系统呵斥什么危害 2、设备驱动程序构造 lLinux的设备驱动程序与外界的接口可以分成三部分：l与操作系统内核的接口 l与系统引导的接口 l与设备的接口 lLinux设备驱动程序的代码构造大致可以分为如下几个部分：l驱动程序的注册与注销、设备的翻开与释放、设备的读写操作、设

5、备的控制操作、设备的中断和轮询处置。 2.1驱动程序的注册与注销 l注册 lregister_chrdev( )；/在fs/devices.clregister_blkdev( )；/在fs/block_dev.cl注销 lunregister_chrdev( ) lunregister_blkdev( ) 2.2 翻开、释放、读、写、控制等struct file_operations struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char

6、 *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, 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); int (*mmap) (struct

7、 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 (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct

8、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 (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct f

9、ile *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);lLinux内核将经过file_operations构造访问驱动程序提供的函数 l字符设备的读写直接运用函数read( )和write( ) l块设备需求调用函数block_read( )和block_write( ) lioctl( )的用法与详细设备亲密关联，因此需求根据设备的实践情况进展详细分析 2.3 设备的轮询和中断处置 l轮询l内核定期对设备的形状进展查询 l耗费不少的内核资源 l假设设备驱动被衔接进入内核，这时运用轮询方式将会带来灾难性的后果 l中

10、断l设备驱动向内核注册其运用的中断 l内核担任把硬件产生的中断传送给相应的设备驱动 l设备驱动在其中断处置过程中做得越少越好 l问题：l如何查看设备驱动所对应的中断号及类型 ？3、设备驱动实验l实验一：编写一个简单的驱动程序 l实验二：设计和实现一个KED&LED实验 l实验三：动态加载和静态编译驱动到内核 l实验四：运用中断方式的驱动程序设计 实验一：编写简单的驱动程序1l1) 义务：l 在XSBase开发板上编写一个简单的字符设备驱动程序。该字符设备具备4个根本操作：xsbase_open()、xsbase_write()、 xsbase_read() 、xsbase_releas

11、e()，实现向这个新建的字符设备先写入一些数据，然后再从这个设备中读取这些数据。 实验一：编写简单的驱动程序2l2)主要数据构造和全局变量 l系统fs/devices.c的struc device_struct构造 l创建一个xsbase.c文件，其中包含一些必要的头文件、宏和全局变量 struct device_struct const char * name; struct file_operations * fops;static struct device_struct chrdevsMAX_CHRDEV;实验一：编写简单的驱动程序3l主要接口函数 lfile_operations 构

12、造的实例 l注：这种构造的声明方法是一种标志化格式声明，便于移植。 static struct file_operations chr_fops = read: xsbase_read, write: xsbase_write, open: xsbase_open, release: xsbase_release,;实验一：编写简单的驱动程序4lxsbase_open()和xsbase_release() static int xsbase_open(struct inode *inode, struct file *file) MOD_INC_USE_COUNT; printk(This c

13、hrdev is opened!n); return 0;static int xsbase_release(struct inode *inode, struct file *file) MOD_DEC_USE_COUNT; printk(this chrdev is released!n); return 0;实验一：编写简单的驱动程序5lxsbase_read() static ssize_t xsbase_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) int len; if(count 0) return

14、 -EINVAL; len = strlen(data); if(len count) count = len; copy_to_user(buf, data, count+1); return count;实验一：编写简单的驱动程序6lxsbase_write() static ssize_t xsbase_write( struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos) if(count 0) return -EINVAL; kfree(data); data = (char *)kmalloc(sizeo

15、f(char)*(count+1), GFP_KERNEL); if(!data) return -ENOMEM; copy_from_user(data, buffer, count+1); return count;实验一：编写简单的驱动程序7l3)模块加载:是两种将驱动参与内核的方式之一l编写init_module()llres = register_chrdev(0, xsbase, &chr_fops); llif(xsbase_major = 0)l xsbase_major = res;l编写cleanup_module() llunregister_chrdev(xsb

16、ase_major, xsbase);l实验一：编写简单的驱动程序8l4)驱动安装过程l新建xsbase.c文件，实现主要数据构造和函数接口。l编译生成xsbase.ol把目的文件加载到内核 l在Minicom中运用ZMODEM协议发送文件l执行$ arm-linux-gcc xsbase.c I /usr/src/xscale-linux/include c xsbase.c D_KERNEL_ -DMODULE$ insmod f xsbase.o实验一：编写简单的驱动程序9l创建一个设备文件 l测试lOVER$ mknod /dev/xsbase c major minor实验二：编写K

17、ED&LED驱动1l在这个实验中，经过设计和实现一个KED&LED驱动程序，来控制目的板上的一组LED灯，在安装完驱动后，运转测试程序，就能点亮LED灯。 实验二：编写KED&LED驱动2#define EXT_KEY_CS EXT_PORT2#define EXT_LED_CS EXT_PORT3void led_off_on()int i;EXT_LED_CS = 0 xff;for(i =0 ; i8;+i)EXT_LED_CS = (1 i) & 0 xff);udelay(30000);EXT_LED_CS = 0 xff;实验三：静态编译驱动到内核1

18、 l在确定本人代码位置的前提下，建立本人的源码目录、文件、Makefile、Config.in等。 l修正上层的config.in文件，把本人的驱动参与到内核配置系统中。 l修正上层Makefile，把本人的程序参与到内核编译系统中。 l确保本人的初始化函数被调用。 ldrivers/char/mem.c中的chr_dev_init() 或drivers/block/ll_rw_blk.c中的blk_dev_init() l用宏module_init来声明他的初始化函数 实验三：静态编译驱动到内核2l驱动位置和目录构造 $ cd drivers/xsbase$ tree .|- Config.

19、in|- Makefile|- xsbase.c- xsbase_test.c实验三：静态编译驱动到内核3l修正配置文件 l1drivers/xsbase/Config.in # XSBASE driver configurationmainmenu_option next_commentcomment XSBASE Driverbool XSBASE support CONFIG_XSBASEif $CONFIG_XSBASE = y ; then tristate TEST user-space interface CONFIG_TEST_USER bool TEST CPU CONFIG

20、_TEST_CPUfiendmenu实验三：静态编译驱动到内核4l2 arch/arm/config.in l编写Makefile l1drivers/xsbase/Makefile source drivers/xsbase/Config.inL_TARGET := test.aexport-objs := test.oobj-$(CONFIG_TEST) += test.oinclude $(TOPDIR)/Rules.makeclean:rm -f *.oa .*.flags实验三：静态编译驱动到内核5l2drivers/Makefile l3Makefilesubdir-$(CONFI

21、G_MMC) += mmcsubdir-$(CONFIG_XSBASE) += xsbaseinclude $(TOPDIR)/Rules.makeDRIVERS-$(CONFIG_PLD) += drivers/pld/pld.oDRIVERS-$(CONFIG_MMC) += drivers/mmc/mmcdrivers.oDRIVERS-$(CONFIG_XSBASE) += drivers/xsbase/xsbase.oDRIVERS := $(DRIVERS-y)实验四：中断方式的驱动程序1 l注册中断处置程序 l什么叫中断信号线IRQ号？l何时恳求IRQ号更适宜？l初始化时l设备第

22、一次翻开时 int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long flags, const char *dev_name, void *dev_id);void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);实验四：中断方式的驱动程序2l编写中断处置程序 static void rtc_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) spin_lock (&am

23、p;rtc_lock); rtc_irq_data += 0 x100; rtc_irq_data &= 0 xff; rtc_irq_data |= (CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS) & 0 xF0); if (rtc_status & RTC_TIMER_ON) mod_timer(&rtc_irq_timer, jiffies + HZ/rtc_freq + 2*HZ/100); spin_unlock (&rtc_lock); wake_up_interruptible(&rtc_wait); kill_fasync

24、(&rtc_async_queue, SIGIO, POLL_IN);实验四：中断方式的驱动程序3l中断处置机制的实现 实验四：中断方式的驱动程序4l中断控制l 这些函数更新可编程中断控制器PIC中指定中断的掩码，因此，这样就可以在一切的处置器上制止或者启动 IRQ。对这些函数的调用是可以嵌套的假设 disable_irq() 被胜利调用两次，在 IRQ 真正重新翻开之前，需求执行两次 enable_irq() 调用。 void disable_irq(int irq); void disable_irq_nosync(int irq); void enable_irq(int irq);驱动设计中涉及的一些详细问题驱动设计中涉及的一些详细问题 l用户空间和内核空间 l/proc文件系统 文件/目录名描述Apm高级电源管理信息Bus包含了总线以及总线上设备信息的目录，子目录以总线