专题4讲义：设备驱动.ppt

1、操作系统课程设计,专题四：设备驱动 李航 ,1,Abstract,2,实验要求,设备驱动举例,3,2,1. Linux设备驱动程序,3,Linux设备分类,字符设备 (character devices) 以字符为单位进行I/O操作； 只能顺序存取； 无需缓冲区； 如： Keyboard, Serial Port 块设备 (block devices ) 以固定大小的数据块为单位进行I/O操作；数据块可以被随机存取； 需要一定内存做为缓冲区； 如：HD, CDROM, Floppy 网络设备 (Network devices) 面向数据包的传输设备 在文件系统中没有相应的inode表示，只有一

2、个符号名, 如eth0。,4,Linux将硬件设备看做一类特殊的文件(/dev/*)： 设备文件是逻辑概念，是应用访问设备的途径；代表一个驱动程序的入口及与之相关联的数据结构; 设备是实体。 设备文件操作 为设备编写几个基本的函数，向VFS注册就可以完成设备驱动程序；安装设备驱动程序就是将该设备的操作函数集在内核中注册。 /proc/devices列出系统当前的设备。,int fd = open(“/dev/null”, O_WRONLY)； write( fd, “1234567890”, 10 ); close( fd );,设备文件,5,设备文件,设备文件的3个基本属性： 类型： Blo

3、ck or character 主设备号(Major number) Identifies the device type and range from 1 to 255; associated with each device driver major.h中定义了主设备号 次设备号(Minor number) 区分使用同一驱动程序的不同设备。 创建设备文件： mknod /dev/foo b 60 0 例：运行命令 ls -l /dev/hda* /dev/tty012 查看设备的3个属性,brw-rw- 1 root cdrom 3, 0 May 6 1998 hda brw-rw- 1

4、root disk 3, 1 May 6 1998 hda1 brw-rw- 1 root disk 3, 2 May 6 1998 hda2 brw-rw- 1 root disk 3, 3 May 6 1998 hda3 crw- 1 root root 4, 0 Dec 29 09:55 tty0 crw- 1 root root 4, 1 Dec 29 09:56 tty1 crw- 1 root root 4, 2 Dec 29 09:56 tty2,Documentation/devices.txt,6,设备驱动程序,用户进程,V F S,设备驱动程序,设备控制器,设备本身,用户进

5、程请求设备服务流程图,用户进程发出I/O请求，系统将请求处理下传到VFS上； VFS通过驱动程序提供的接口将任务分配到驱动程序； 驱动程序根据需要对设备控制器进行操作； 设备控制器去控制设备。,设备制造商范围,OS可管辖范围,7,物理文件系统层,VFS,MINIX,EXT2,MSDOS,用户进程,内核其他子系统,内 核 空 间,用户空间,VFS,设备驱动程序,设备缓存,VFS对上提供统一接口和数据表示，对下管理物理 FS,VFS,对上：提供通用接口和数据表示,对下：管理各物理文件系统,8,设备驱动程序,组成 设备服务子程序 每个服务子程序只处理一种设备或与其紧密相关的设备； 从与设备无关的软件

6、中接受抽象的命令并执行； 中断处理程序 主要用来检测I/O操作是否完成，以唤醒被阻塞的进程。 特点 驱动程序属于内核代码的一部分，运行在内核空间； 向OS内核提供统一接口，便于内核对设备的管理； 在编译内核时，连入内核的设备驱动程序是可以配置的； 多以内核模块方式实现，使系统资源有效利用。,9,设备驱动的注册和管理,内核设备驱动程序表结构(in fs/devices.c) struct device_struct const char *name; / device name struct file_operations * fops; ; 字符设备驱动程序： 设备表：全局数组chrdevs2

7、55,主设备号是它的下标 登记： register_chrdev() / unregister_chrdev() 缺省操作集合： file_ops: def_chr_fops，仅定义了open方法； inode_ops: chrdev_inode_operations, 仅定义了其中的file_operation= / 请求队列 queue_proc *queue; blk_dev255;,11,2. 设备驱动举例,12,假想的字符设备,实现一个字符设备，支持以下功能： 用户可以向设备写入字符串； 用户可以从设备读出写入的字符串； 用户通过系统调用ioctl清除设备中写入的字符串; 测试程序示

8、例,/ process 1: reader char yourmsg1000; int h = open(“/dev/rwbuf”, O_RDONLY); / 打开设备失败时 h 0 int n = read (h, yourmsg, sizeof(yourmsg); / 读设备失败时 n0，n=0 表示文件结束 close(h);,/ process 2: writer char yourmsg1000; int h = open(“/dev/rwbuf”, O_WRONLY); / 打开设备失败时 h 0 int n = write (h, yourmsg, sizeof(yourmsg)

9、+1); / 写设备失败时 n0，否则表示写入的字节数 close(h);,/ process 3: cleaner char yourmsg1000; int h = open(“/dev/rwbuf”, O_RDWR); / 打开设备失败时 h 0 int n =ioctl (h, RW_CLEAR, 0); / 写设备失败时 n0，否则表示成功 close(h);,13,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.h, driver for virtual char-device #define DEVICE_NAME “ChrDev_A” #define RWBUF_CLEAR 0 x9090

10、90 / IO Ctrl Command,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device #include “rwbuf.h” #include / for kernel programming #include / for kernel module struct. #include / struct file_operations,14,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device int init_module() printk(Hello worldn); if ( register_chrdev(60, DEV

11、ICE_NAME, ,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device static struct file_operations rwbuf_fops = open: rwbuf_open, release: rwbuf_close, read: rwbuf_read, write: rwbuf_write, ioctl: rwbuf_ioctl, ;,15,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device void cleanup_module() if (unregister_chrdev( 254,

12、 DEVICE_NAME) !=0 ) printk(unreg errn); else printk(unreg okn); printk(byen); ,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device static struct file_operations rwbuf_fops = open: rwbuf_open, release: rwbuf_close, read: rwbuf_read, write: rwbuf_write, ioctl: rwbuf_ioctl, ;,16,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, dr

13、iver for virtual char-device static int inuse=0;/ only one process permited at the same time static int rwbuf_open ( struct inode *inode, struct file * filep ) if (inuse = 1) return -1; inuse = 1; MOD_INC_USE_COUNT;/ increase the use count in struct module return 0; static int rwbuf_close( struct in

14、ode *inode, struct file * filep ) inuse = 0; MOD_DEC_USE_COUNT; return 0; ,17,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device #define rwbuf_size 200 / MAX size of buffer static char rwbufrwbuf_size; / the buffer keeping string static int rwlen = 0; / length of string static ssize_t rwbuf_write (

15、 struct file * filep, const char *buf, size_t count, loff_t * ppos ) / 判断写入的长度是否有效 copy_from_user(rwbuf, buf, count); / 从用户空间复制到内核空间 rwlen = count; / print some message by printk(); return count; ,18,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, driver for virtual char-device static ssize_t rwbuf_read( struct file* filep, c

16、har * buf, size_t count, loff_t* ppos) / 判断读取的长度是否有效 copy_to_user( buf, rwbuf, count); / 从内核空间复制到用户空间 / print some message by printk() return count; ,2.6以下版本内核注意： _generic_copy_to_user( buf, rwbuf, count); _generic_copy_from_user(rwbuf, buf, count);,19,字符设备驱动的实现,/ rwbuf.c, driver for virtual char-de

17、vice static int rwbuf_ioctl ( struct inode *inode, struct file * filep, unsigned int cmd, unsigned long arg ) if ( cmd = RW_CLEAR ) rwlen = 0;/ clear buf by set its len to zero printk(rwbuf in kernel zero-edn); break; ; return 0; ,20,字符设备驱动的实现,编译 2.4: gcc -c rwbuf.c -I/usr/src/linux/include -D_KERNEL_ -DMODULE -Wall 2.6: 建立Makefile，其内容为： obj-m := rwbuf.o 然后使用： 转入驱动程序源码所在目录，执行： make C 内核源码目录 M=pwd modules 安装与卸载：mknod /dev/rwbuf c 60 0创建设备文