驱动程序如何实现设备函数对外围设备操作及控制解析方案

1 引言

在Linux系统中，所有的外部设备都被看作是目录/dev下的一个文件，也就是系统把外部设备当作特殊文件来处理，并为外部设备提供一种标准接口，使得系统像访问文件一样访问外部设备。在嵌入式Linux中，同样也是把外部设备当作文件来处理，应用程序通过调用标准的设备文件操作函数来打开、关闭、读取和控制设备,从事过Linux开发的人员都用到过上述设备控制函数，可它的实现机制很多开发人员并不清楚，所以开发过程中经常遇到一些难以解决的问题，为了便于理解整个实现过程，下面先分析设备驱动程序。

2 设备驱动程序

2.1驱动程序的功能

驱动程序设计是嵌入式Linux开发中十分重要的部分，驱动程序是应用程序与硬件之间的一个中间软件层，应该为应用程序展现硬件的所有功能，不应该强加其它的约束，对于硬件使用的权限和限制应该有应用程序层控制。要实现设备函数对外围设备的操作和控制,首先必须分析驱动程序的构成和实现原理。

2.2驱动程序的基本结构及实现

嵌入式Linux设备驱动程序都有一些共性，就是编写所有类型的驱动程序都通用的，操作系统提供给驱动程序的支持也大致相同。这些特性包括：

2.2.1两个重要的函数

(1)设备的注册和初始化mydriver_init()函数

static int mydriver_init(void){

int i;

…………

i = register_chrdev(MYDRIVER_MAJOR,“mydriver”, mydriver_fops);

…………

}

i = register_chrdev(MYDRIVER_MAJOR,“mydriver”, amp; mydriver_fops); 这是一个驱动程序的精髓，当执行insmod命令时，这个函数实现3个功能:第一，申请主设备号;第二，在内核中注册设备的名字;第三，指定fops方法。其中所指定的fops方法就是用户对设备进行操作的方法，例如 read,write,open,release等.

(2) 驱动清除mydriver_cleanup()函数

static void mydriver_cleanup(void)

{…………

unregister_chrdev(MYDRIVER_MAJOR,”mydriver”);

………… }

该函数在执行rmmod的时候被调用,主要功能是卸载驱动程序.

2.2.2 file_operations 结构

每一个文件都有一个file的结构，在这个结构中有一个file_operations的结构体，这个结构体指明了能够对该设备文件进行的操作, 如何实现这些操作，是编写设备驱动程序大部分工作量所在。下面是本文所举示例的file_operations结构：

设备short_ch对应的fops方法是这样声明的：

struct file_operations short_fops = {

NULL, // short_lseek

short_read,

short_write,

NULL, // short_readdir

NULL, // short_poll

NULL, // short_ioctl

NULL, // short_mmap

short_open,

short_release,

NULL, // short_fsync

NULL, // short_fasync

};

其中NULL的项目就是不定义这个功能。可以看出short_ch设备只提供了read, write, open, release功能。其中write 功能在下面(3)中实现了，具体的实现函数起名为short_write。这些函数就是真正对设备进行操作的函数，不管实现的时候是多么的复杂，但对用户来看，就是这些常用的文件操作函数。

2.2.3文件操作函数的实现

为了便于阐述和分析,把核心空间中的一个长度为20的数组 tbuf[20]做为一个设备。通过用户程序对它实现open，read，write，close操作。这个设备的名字我称为short_ch。我们编写如下的函数,这个write函数可以向核心内存的一个数组里输入一个字符串。

int short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf,

int count){

int retval = count;

extern unsigned char kbuf[20];

if(count>20)

count=20;

copy_from_user(kbuf, buf, count);

return retval;

}

3设备函数的实现过程分析

在嵌入式Linux下对设备操作的时候，一般都会用到read、 write、llseek和ioctl 等函数，通过这些函数可以像使用文件那样使用外部设备。这些函数的实现过程基本上是类似的，下面以write函数为例来分析用户使用write函数怎么把数据写到设备里面去。

3.1应用程序中函数的格式

用户程序中的write函数有三个参数，函数格式如下：

write(int fd, char *buf, int count)

其中参数fd表示将对之进行写操作的设备文件打开时返回的文件描述符.参数buf是一个指向缓冲区的指针,该指针指向存放将写入文件的数据的缓冲区.参数count表示本次操作所要写入文件的数据的字节数.fd一般大于3,0-2被系统分配给了默认的终端设备.

3.2驱动程序中函数的格式

上面驱动程序函数定义中我们看到驱动程序里的write函数有四个参数，函