嵌入式Linux设备驱动开发之：字符设备驱动编程

11.2字符设备驱动编程

1．字符设备驱动编写流程

设备驱动程序可以使用模块的方式动态加载到内核中去。加载模块的方式与以往的应用程序开发有很大的不同。以往在开发应用程序时都有一个main()函数作为程序的入口点，而在驱动开发时却没有main()函数，模块在调用insmod命令时被加载，此时的入口点是init_module()函数，通常在该函数中完成设备的注册。同样，模块在调用rmmod命令时被卸载，此时的入口点是cleanup_module()函数，在该函数中完成设备的卸载。在设备完成注册加载之后，用户的应用程序就可以对该设备进行一定的操作，如open()、read()、write()等，而驱动程序就是用于实现这些操作，在用户应用程序调用相应入口函数时执行相关的操作，init_module()入口点函数则不需要完成其他如read()、write()之类功能。

上述函数之间的关系如图11.3所示。

图11.3设备驱动程序流程图

2．重要数据结构

用户应用程序调用设备的一些功能是在设备驱动程序中定义的，也就是设备驱动程序的入口点，它是一个在linux/fs.h>中定义的structfile_operations结构，这是一个内核结构，不会出现在用户空间的程序中，它定义了常见文件I/O函数的入口，如下所示：

structfile_operations

{

loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);

ssize_t(*read)(structfile*filp,

char*buff,size_tcount,loff_t*offp);

ssize_t(*write)(structfile*filp,

constchar*buff,size_tcount,loff_t*offp);

int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);

unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);

int(*ioctl)(structinode*,

structfile*,unsignedint,unsignedlong);

int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);

int(*open)(structinode*,structfile*);

int(*flush)(structfile*);

int(*release)(structinode*,structfile*);

int(*fsync)(structfile*,structdentry*);

int(*fasync)(int,structfile*,int);

int(*check_media_change)(kdev_tdev);

int(*revalidate)(kdev_tdev);

int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);

};

这里定义的很多函数是否跟第6章中的文件I/O系统调用类似？其实当时的系统调用函数通过内核，最终调用对应的structfile_operations结构的接口函数（例如，open()文件操作是通过调用对应文件的file_operations结构的open函数接口而被实现）。当然，每个设备的驱动程序不一定要实现其中所有的函数操作，若不需要定义实现时，则只需将其设为NULL即可。

structinode结构提供了关于设备文件/dev/driver（假设此设备名为driver）的信息，structfile结构提供关于被打开的文件信息，主要用于与文件系统对应的设备驱动程序使用。structfile结构较为重要，这里列出了它的定义：

structfile

{

mode_tf_mode;/*标识文件是否可读或可写，FMODE_READ或FMODE_WRITE*/

dev_tf_rdev;/*用于/dev/tty*/

off_tf_pos;/*当前文件位移*/

unsignedshortf_flags;/*文件标志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC*/

unsignedshortf_count;/*打开的文件数目*/

unsignedshortf_reada;

structinode*f_inode;/*指向inode的结构指针*/

structfile_operations*f_op;/*文件索引指针*/

};

3．设备驱动程序主要组成

（1）早期版本的字符设备注册。

早期版本的设备注册使用函数register_chrdev()，调用该函数后就可以向系统申请主设备号，如果register_chrdev()操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。在关闭设备时，通常需要解除原先的设备注册，此时可使用函数unregister_chrdev()，此后该设备就会从/proc/devices里消失。其中主设备号和次设备号不能大于255。

当前不少的字符设备驱动代码仍然使用这些早期版本的函数接口，但在未来内核的代码中，将不会出现这种编程接口机制。因此应该尽量使用后面讲述的编程机制。

register_chrdev()函数格式如表11.1所示。

表11.1 register_chrdev()函数语法要点

unregister_chrdev()函数格式如下表11.2所示：

表11.2 unregister_chrdev()函数语法要点