在Linux系统上编写驱动程序,说简单也简单,说难也难。难在于对算法的编写和设备的控制方面,是比较让人头疼的;说它简单是因为在Linux下已经有一套驱动开发的模式,编写的时候只需要按照这个模式写就可以了,而这个模式就是它事先定义好的一些结构体,在驱动编写的时候,只要对这些结构体根据设备的需求进行适当的填充,就实现了驱动的编写。
首先在Linux下,视一切事物皆为文件,它同样把驱动设备也看成是文件,对于简单的文件操作,无非就是open/close/read/write,在Linux对于文件的操作有一个关键的数据结构:file_operation,它的定义在源码目录下的include/linux/fs.h中,内容如下:
[cpp]view plaincopy
1.structfile_operations{
2.structmodule*owner;
3.loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);
4.ssize_t(*read)(structfile*,char__user*,size_t,loff_t*);
5.ssize_t(*write)(structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*);
6.ssize_t(*aio_read)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);
7.ssize_t(*aio_write)(structkiocb*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t);
8.int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);
9.unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);
10.int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);
11.long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);
12.long(*compat_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);
13.int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);
14.int(*open)(structinode*,structfile*);
15.int(*flush)(structfile*,fl_owner_tid);
16.int(*release)(structinode*,structfile*);
17.int(*fsync)(structfile*,intdatasync);
18.int(*aio_fsync)(structkiocb*,intdatasync);
19.int(*fasync)(int,structfile*,int);
20.int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);
21.ssize_t(*sendpage)(structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int);
22.unsignedlong(*get_unmapped_area)(structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong);
23.int(*check_flags)(int);
24.int(*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);
25.ssize_t(*splice_write)(structpipe_inode_info*,structfile*,loff_t*,size_t,unsignedint);
26.ssize_t(*splice_read)(structfile*,loff_t*,structpipe_inode_info*,size_t,unsignedint);
27.int(*setlease)(structfile*,long,structfile_lock**);
28.};
对于这个结构体中的元素来说,大家可以看到每个函数名前都有一个“*”,所以它们都是指向函数的指针。目前我们只需要关心
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
这几条,因为这篇文章就叫简单驱动。就是读(read)、写(write)、控制(ioctl)、打开(open)、卸载(release)。这个结构体在驱动中的作用就是把系统调用和驱动程序关联起来,它本身就是一系列指针的集合,每一个都对应一个系统调用。
但是毕竟file_operation是针对文件定义的一个结构体,所以在写驱动时,其中有一些元素是用不到的,所以在2.6版本引入了一个针对驱动的结构体框架:platform,它是通过结构体platform_device来描述设备,用platform_driver描述设备驱动,它们都在源代码目录下的include/linux/platform_device.h中定义,内容如下:
[cpp]view plaincopy
1.structplatform_device{
2.constchar*name;
3.intid;
4.structdevicedev;
5.u32num_resources;
6.structresource*resource;
7.conststructplatform_device_id*id_entry;
8./*archspecificadditions*/
9.structpdev_archdataarchdata;
10.};
11.structplatform_driver{
12.int(*probe)(structplatform_device*);
13.int(*remove)(structplatform_device*);
14.void(*shutdown)(structplatform_device*);
15.int(*suspend)(structplatform_device*,pm_message_tstate);
16.int(*resume)(structplatform_device*);
17.structdevice_driverdriver;
18.conststructplatform_device_id*id_table;
19.};
对于第一个结构体来说,它的作用就是给一个设备进行登记作用,相当于设备的身份证,要有姓名,身份证号,还有你的住址,当然其他一些东西就直接从旧身份证上copy过来,这就是其中的struct device dev,这是传统设备的一个封装,基本就是copy的意思了。对于第二个结构体,因为Linux源代码都是C语言编写的,对于这里它是利用结构体和函数指针,来实现了C语言中没有的“类”这一种结构,使得驱动模型成为一个面向对象的结构。对于其中的struct device_driver driver,它是描述设备驱动的基本数据结构,它是在源代码目录下的include/linux/device.h中定义的,内容如下:
[cpp]view plaincopy
1.structdevice_driver{
2.constchar*name;
3.structbus_type*bus;
4.structmodule*owner;
5.constchar*mod_name;/*usedforbuilt-inmodules*/
6.boolsuppress_bind_attrs;/*disablesbind/unbindviasysfs*/
7.#ifdefined(CONFIG_OF)
8.conststructof_device_id*of_match_table;
9.#endif
10.int(*probe)(structdevice*dev);
11.int(*remove)(structdevice*dev);
12.void(*shutdown)(structdevice*dev);
13.int(*suspend)(structdevice*dev,pm_message_tstate);
14.int(*resume)(structdevice*dev);
15.conststructattribute_group**groups;
16.conststructdev_pm_ops*pm;
17.structdriver_private*p;
18.};
依然全部都是以指针的形式定义的所有元素,对于驱动这一块来说,每一项肯定都是需要一个函数来实现的,如果不把它们集合起来,是很难管理的,而且很容易找不到,而且对于不同的驱动设备,它的每一个功能的函数名必定是不一样的,那么我们在开发的时候,需要用到这些函数的时候,就会很不方便,不可能在使用的时候去查找对应的源代码吧,所以就要进行一个封装,对于函数的封装,在C语言中一个对好的办法就是在结构体中使用指向函数的指针,这种方法其实我们在平时的程序开发中也可以使用,原则就是体现出一个“类”的感觉,就是面向对象的思想。
在Linux系统中,设备可以大致分为3类:字符设备、块设备和网络设备,而每种设备中又分为不同的子系统,由于具有自身的一些特殊性质,所以有不能归到某个已经存在的子类中,所以可以说是便于管理,也可以说是为了达到同一种定义模式,所以linux系统把这些子系统归为一个新类:misc ,以结构体miscdevice描述,在源代码目录下的include/linux/miscdevice.h中定义,内容如下:
[cpp]view plaincopy
1.structmiscdevice{
2.intminor;
3.constchar*name;
4.conststructfile_operations*fops;
5.structlist_headlist;
6.structdevice*parent;
7.structdevice*this_device;
8.constchar*nodename;
9.mode_tmode;
10.};
对于这些设备,它们都拥有一个共同主设备号10,所以它们是以次设备号来区分的,对于它里面的元素,大应该很眼熟吧,而且还有一个我们更熟悉的list_head的元素,这里也可以应证我之前说的list_head就是一个桥梁的说法了。
其实对于上面介绍的结构体,里面的元素的作用基本可以见名思意了,所以不用赘述了。其实写一个驱动模块就是填充上述的结构体,根据设备的功能和用途写相应的函数,然后对应到结构体中的指针,然后再写一个入口一个出口(就是模块编程中的init和exit)就可以了,一般情况下入口程序就是在注册platform_device和platform_driver(当然,这样说是针对以platform模式编写驱动程序)。
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原文标题:搞嵌入式Linux驱动说简单也简单,说难也难!嵌入式驱动的结构分析
文章出处:【微信号:gh_c472c2199c88,微信公众号:嵌入式微处理器】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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