Linux串口上网的程序实现方法

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Red Hat Linux release 9 (Shrike)

Kernel 2.4.20-8 on an i686

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编写字符设备驱动程序用户空间的进程主要通过两种方式和内核空间模块打交道，一种是使用proc文件系统，另一种是使用字符设备。本文所描述的两个字符设备sending device 和receiving device事实上是内核空间和用户空间交换数据的缓存区，编写字符设备驱动实际上就是编写用户空间读写字符设备所需要的内核设备操作函数。 在头文件中，我们定义ED_REC_DEVICE为receiving device，名字是ed_rec；定义ED_TX_DEVICE为sending device，名字是ed_tx。 #define MAJOR_NUM_REC 200

#define MAJOR_NUM_TX 201

#define IOCTL_SET_BUSY _IOWR(MAJOR_NUM_TX,1,int)

200和201分别代表receiving device 和 sending device的主设备号。在内核空间，驱动程序是根据主、次设备号识别设备的，而不是设备名；本文的字符设备的次设备号都是0，主设备号是用户定义的且不能和系统已有的设备的主设备有冲突。IOCTL_SET_BUSY _IOWR(MAJOR_NUM_TX,1,int)是ioctl的操作函数定义（从用户空间发送命令到内核空间），主要作用是使得每次在同一时间，同一字符设备上，只可进行一次操作。我们可以使用mknod来建立这两个字符设备 [root@localhost]#mknod c 200 0 /dev/ed_rec

[root@localhost]#mknod c 201 0 /dev/ed_tx

设备建立后，编译好的模块就可以动态加载了：[root@localhost]#insmod ed_device.o

为了方便对设备编程，我们还需要一个字符设备管理的数据结构： struct ed_device{

int magic;

char name[8];

int busy;

unsigned char *buffer;

#ifdef LINUX_24

wait_queue_head_t rwait;

#endif

int mtu;

spinlock_t lock;

int data_len;

int buffer_size;

struct file *file;

ssize_t (*kernel_write)(const char *buffer,size_t length,int buffer_size);

};

这个数据结构是用来保存字符设备的一些基本状态信息。ssize_t (*kernel_write)(const char *buffer,size_t length,int buffer_size) 是一个指向函数的指针，它的作用是为伪网络驱动程序提供写字符设备数据的系统调用接口。magic字段主要是标志设备类型号的，这里没有别的特殊意义；busy字段用来说明字符设备是否是处于忙状态，buffer指向内核缓存区，用来存放读写数据；mtu保存当前可发送的网络数据包最大传输单位，以字节为单位；lock的类型是自旋锁类型spinlock_t，它实际以一个整数域作为锁，在同一时刻对同一字符设备，只能有一个操作，所以使用内核锁机制保护防止数据污染；data_len是当前缓存区内保存的数据实际大小，以字节为单位；file是指向设备文件结构struct file的一个指针，其作用主要是定位设备的私有数据 file-> private_data。定义字符设备struct ed_device ed[2]，其中ed[ED_REC_DEVICE]就是receving device，ed[ED_TX_DEVICE]就是sending device。如果sending device ED_TX_DEVICE没有数据，用户空间的read调用将被阻塞，并把进程信息放于rwait队列中。当有数据的时候，kernel_write()中的wake_up_interruptible()将唤醒等待进程。kernel_write()函数定义如下： ssize_t kernel_write(const char *buffer,size_t length,int buffer_size)

{

if(length > buffer_size )

length = buffer_size;

memset(ed[ED_TX_DEVICE].buffer,0,buffer_size);

memcpy(ed[ED_TX_DEVICE].buffer,buffer,buffer_size);

ed[ED_TX_DEVICE].tx_len = length;

#ifdef LINUX_24

wake_up_interruptible(ed[ED_TX_DEVICE].rwait);

#endif

return length;

}

字符设备的操作及其相关函数调用过程如图3 所示。 图 3 当ed_device模块被加载的时候，eddev_module_init()调用register_chrdev()内核API注册ed_tx和ed_rec两个字符设备。这个函数定义在linux/fs.h>： int register_chdev(unsigned int major, const char *, struct fle_operations *fops)

字符设备被注册成功后，内核把这两个字符设备加入到内核字符设备驱动表中。内核字符设备驱动表保留指向struct file_operations的一个数据指针。用户进程调用设备读写操作时，通过这个指针访问设备的操作函数， struct file_operations中的域大部分是指向函数的函数指针，指向用户自己编写的设备操作函数。 struct file_operations ed_ops ={

#ifdef LINUX_24

NULL,

#endif

NULL,

device_read,

device_write,

NULL,

NULL,

device_ioctl,

NULL,

device_open,

NULL,

device_release,

};

注意到Linux2.4.x和Linux2.2.x内核