一个简单的演示用的Linux字符设备驱动程序.docx
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一个简单的演示用的Linux字符设备驱动程序
实现如下的功能:
--字符设备驱动程序的结构及驱动程序需要实现的系统调用
--可以使用cat命令或者自编的readtest命令读出"设备"里的内容
--以8139网卡为例,演示了I/O端口和I/O内存的使用
本文中的大部分内容在LinuxDeviceDriver这本书中都可以找到,
这本书是Linux驱动开发者的唯一圣经。
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先来看看整个驱动程序的入口,是char8139_init（这个函数
如果不指定MODULE_LICENSE（"GPL",在模块插入内核的
时候会出错,因为将非"GPL"的模块插入内核就沾污了内核的
"GPL"属性。
module_init（char8139_init;
module_exit（char8139_exit;
MODULE_LICENSE（"GPL";
MODULE_AUTHOR（"ypixunil";
MODULE_DESCRIPTION（"WierdchardevicedriverforRealtek8139NIC";
接着往下看char8139_init（
staticint__initchar8139_init（void
{
intresult;
PDBG（"hello.init.\n";
/*registerourchardevice*/
result=register_chrdev（char8139_major,"char8139",&char8139_fops;
if（result<0
{
PDBG（"Cannotallocatemajordevicenumber!
\n";
returnresult;
}
/*register_chrdev（willassignamajordevicenumberandreturnifitcalled*with"major"parametersetto0*/
if（char8139_major==0
char8139_major=result;
/*allocatesomekernelmemoryweneed*/
buffer=（unsignedchar*（kmalloc（CHAR8139_BUFFER_SIZE,GFP_KERNEL;
if（!
buffer
{
PDBG（"Cannotallocatememory!
\n";
result=-ENOMEM;
gotoinit_fail;
}
memset（buffer,0,CHAR8139_BUFFER_SIZE;
p_buf=buffer;
return0;/*everything'sok*/
init_fail:
char8139_exit（;
returnresult;
}
这个函数首先的工作就是使用register_chrdev（注册我们的设备的主设备号和系统调用。
系统调用对于字符设备驱动程序来说就是file_operations接口。
我们先来看看char8139_major的定义,
#defineDEFAULT_MAJOR145
/*datastructureusedbyourdriver*/
intchar8139_major=DEFAULT_MAJOR;/*majordevicenumber.ifinitialvalueis0,
thekernelwilldynamicallyassignamajordevice
numberinregister_chrdev（*/
这里我们指定我们的设备的主设备号是145,你必须找到一个系统中没有用的主设备号,
可以通过"cat/proc/devices"命令来查看系统中已经使用的主设备号。
[michael@char8139]$cat/proc/devices
Characterdevices:
1mem
2pty
3ttyp
4ttyS
5cua
7vcs
10misc
14sound
116alsa
128ptm
136pts
162raw
180usb
195nvidia
226drm
Blockdevices:
2fd
3ide0
22ide1
[michael@char8139]$
可见在我的系统中,145还没有被使用。
指定主设备号值得考虑。
像上面这样指定一个主设备号显然缺乏灵活性,而且不能保证
一个驱动程序在所有的机器上都能用。
可以在调用register_chrdev（时将第一个
参数,即主设备号指定为0,这样register_chrdev（会分配一个空闲的主设备号
作为返回值。
但是这样也有问题,我们只有在将模块插入内核之后才能得到我们设备
的主设备号（使用"cat/proc/devices",但是要操作设备需要在系统/dev目录
下建立设备结点,而建立结点时要指定主设备号。
当然,你可以写一个脚本来自动完成
这些事情。
总之,作为一个演示,我们还是指定主设备号为145
这样我们可以在/dev/目录下建立几个设备节点。
[root@char8139]$mknod/dev/char8139_0c1450
[root@char8139]$mknod/dev/char8139_0c14517
[root@char8139]$mknod/dev/char8139_0c14536
[root@char8139]$mknod/dev/char8139_0c145145
看一下我们建立的节点
[michael@char8139]$ll/dev/char8139*
crw-r--r--1rootroot145,02004-12-2620:
33/dev/char8139_0
crw-r--r--1rootroot145,172004-12-2620:
34/dev/char8139_1
crw-r--r--1rootroot145,362004-12-2620:
34/dev/char8139_2
crw-r--r--1rootroot145,1452004-12-2620:
34/dev/char8139_3[michael@char8139]$
我们建立了四个节点,使用了四个次设备号,后面我们会说明次设备号的作用。
再来看看我们的file_operations的定义。
这里其实只实现了read（,open（,release（三个
系统调用,ioctl（只是简单返回。
更有write（等函数甚至根本没有声明,没有声明的
函数系统可能会调用默认的操作。
structfile_operationschar8139_fops=
{
owner:
THIS_MODULE,
read:
char8139_read,
ioctl:
char8139_ioctl,
open:
char8139_open,
release:
char8139_release,
};
file_operations是每个字符设备驱动程序必须实现的系统调用,当用户对/dev中我们的设备对应
结点进行操作时,linux就会调用我们驱动程序中提供的系统调用。
比如用户敲入
"cat/dev/char8139_0"命令,想想cat这个应用程序的实现,首先它肯定调用C语言库里的open（
函数去打开/dev/char8139_0这个文件,到了系统这一层,系统会看到/dev/char8139_0不是普通
磁盘文件,而是一个代表字符设备的节点,所以系统会根据/dev/char8139_0的主设备号来查找是不是
已经有驱动程序使用这个相同的主设备号进行了注册,如果有,就调用驱动程序的open（实现。
为什么要这样干?
因为要提供抽象,提供统一的接口,别忘了操作系统的作用之一就是这个。
因为
我们的设备提供的统一的接口,所以cat这个应用程序使用一般的文件操作就能从我们的设备中读出数据,
而且more,less这些应用程序都能从我们的设备中读出数据。
现在来看看我们的设备
#defineCHAR8139_BUFFER_SIZE2000
unsignedchar*buffer=NULL;/*driverdatabuffer*/
unsignedchar*p_buf;
unsignedintdata_size=0;
我们的设备很简单,一个2000字节的缓冲区,data_size指定缓冲区中有效数据的字节数。
我们的设备
只支持读不支持写。
我们在char8139_init（中为缓冲区分配空间。
char8139_exit（里面的操作就是char8139_init（里面操作的反向操作。
现在我们来看看,假如用户调用了"cat/dev/char8139_3"这个命令会发生什么事情。
根据前面的介绍,我们驱动程序中的open（函数会被调用。
intchar8139_open（structinode*node,structfile*flip
{
inttype=MINOR（node->i_rdev>>4;
intnum=MINOR（node->i_rdev&0x0F;
/*putsomecharinbuffertoreflecttheminordevicenumber*/
*buffer=（unsignedchar（'0';
*（buffer+1=（unsignedchar（'x';
*（buffer+2=（unsignedchar（'0'+type;
*（buffer+3=（unsignedchar（'0'+num;
*（buffer+4=（unsignedchar（'\n';
data_size+=5;
PDBG（"Ok.Findtreasure!
8139I/Oportbase:
%x\n",detect_8139_io_port（;PDBG（"OK.Findtreasure!
8139I/Omemorybaseaddress:
%lx\n",
detect_8139_io_mem（;
MOD_INC_USE_COUNT;
return0;
}
这里演示了次设备号的作用,它让我们知道用户操作的是哪一个"次设备",是/dev/char8139_0还是/dev/char8139_3,因为对不同的"次设备",具体的操作方法可能是不一样的,这样就为一个驱动程序控制多个类似的设备提供了可能。
我们根据次设备号的不同,在buffer中填入不同的字符（次设备号的16进制表示。
接着驱动程序中的read（函数会被调用,因为cat程序的实现就是读取文件中的内容。
ssize_tchar8139_read（structfile*filp,char*buf,size_tcount,loff_t*f_pos{
ssize_tret=0;
PDBG（"copytouser.count=%d,f_pos=%ld\n",（intcount,（long*f_pos;
if（*f_pos>=data_size
returnret;
if（*f_pos+count>data_size
count=data_size-*f_pos;
if（copy_to_user（buf,p_buf,count
{
PDBG（"OOps,copytousererror.\n";
return-EFAULT;
}
p_buf+=count;
*f_pos+=count;
ret=count;
returnret;
}
要正确的实现一个read（调用，你得想一想一个应用程序是如何调用read（从文件中读取数据的。
如果你想明白了就很简单，驱动程序所要做的就是把恰当的数据传递给应用程序，这是使用copy_to_user（函数完成的。
另外，我们必须得意识到，这里只是一个很简单的演示。
还有很多复杂的问题有待考虑，比如两个应用程序可能同时打开我们设备，我们的设备应该怎样反应（这取决于具体的设备应有的行为，还有互斥的问题。
然后我们看看I/O端口和I/O内存的操作。
这里使用8139网卡作为一个硬件实例来演示I/O端口和I/O内存的操作。
没有什么特别的，都是标准的步骤。
在使用时需要注意，如果你的系统中已经有8139网卡的驱动程序，必须先关掉网络设备，卸载驱动，然后再使用本驱动程序。
使用程序包的步骤：
（在我的Debian系统上如此，你的可能不同1.解压2.编译（/usr/src/linux处必须要有内核源代码3.ifconfigeth0down关掉网络设备rmmod8139too卸载原来的8139网卡驱动insmodchar8139.o插入我们的模块（insmod会出错，如果你现在运行的linux版本不是你编译本驱动程序时使用的内核源代码的版本，insmod时会报告模块版本与内核版本不一致。
这时，你得看看内核源代码中/include/linux/version.h文件，这个文件中的UTS_RELEASE定义了内核的版本号，你可以在驱动程序中预先定义这个宏为当前运行的内核的版本号，这样就能避免上述错误。
4.mknode（见本文前述5.试试我们的设备./readtest或者cat/dev/char8139_0或cat/dev/char8139_1或cat/dev/char8139_2或cat/dev/char8139_36.恢复系统rmmodchar8139modprobe8139tooifconfigeth0up如果你使用dhcp可能还需要运行dhclient=======================================================================
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