嵌入式系统中设备控制函数实现的分析

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
staticintmydriver_init(void){
inti;
…………
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
staticvoidmydriver_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.

2.2.2file_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：
structfile_operationsshort_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。
intshort_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,
intcount){
intretval=count;
externunsignedcharkbuf[20];
if(count>20)
count=20;
copy_from_user(kbuf,buf,count);
returnretval;
}

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(intfd,char*buf,intcount)
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，函数格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是设备节点指针,其中有设备号等信息，它能够告诉操作系统应该使用哪一个设备驱动程序，filp指针中有fops信息，可以告诉操作系统相应的fops方法函数在那里可以找到,后两项参数和应用程序中的含义相同。