linux驅動程式設計(轉)

linux驅動程式設計(轉)[@more@]

PROGRAM FOR BLOCK DEVICE DRIVER OF DEVFS TYPE

對linux的devfs型別的驅動程式的編寫可以從以下幾大內容理解和入手:

透過分析驅動程式原始碼可以發現驅動程式一般可分三部分:

核心資料結構;核心資料和資源的初始化,註冊以及注消,釋放;底層裝置操作函式;

A.核心資料結構

struct file_operations fops 裝置驅動程式介面

struct file_operations {

struct module *owner;

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);

int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);

int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);

int (*open) (struct inode *, struct file *);

int (*flush) (struct file *);

int (*release) (struct inode *, struct file *);

int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);

int (*fasync) (int, struct file *, int);

int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);

ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);

ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);

unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);

};

block_device_operations 塊裝置驅動程式介面

{ int (*open) (struct inode *, struct file *);

int (*release) (struct inode *, struct file *);

int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned, unsigned long);

int (*check_media_change) (kdev_t);

int (*revalidate) (kdev_t);

struct module *owner;

};塊裝置的READ().WRITE()不在這裡註冊,而是在裝置的讀寫請求佇列裡註冊,核心在這裡將呼叫通用的blk_read(),blk_write().向讀寫佇列

發出讀寫請求.

Linux 利用這些資料結構向核心註冊open(),release(),ioctl(),check_media_change(),rvalidate()等函式的入口控制程式碼.

我們將要編寫的open(),release(),ioctl(),check_media_change(),revalidate()等函式,將在驅動初始化的時候,

透過一個此結構型別的變數向核心提供函式的 入口.

struct request_queue_t 裝置請求佇列的資料結構

struct request_list {

unsigned int count;

unsigned int pending[2];

struct list_head free;

};

struct request {

struct list_head queue;

int elevator_sequence;

kdev_t rq_dev;

int cmd; /* READ or WRITE */

int errors;

unsigned long start_time;

unsigned long sector;

unsigned long nr_sectors;

unsigned long hard_sector, hard_nr_sectors;

unsigned int nr_segments;

unsigned int nr_hw_segments;

unsigned long current_nr_sectors, hard_cur_sectors;

void * special;

char * buffer;

struct completion * waiting;

struct buffer_head * bh;

struct buffer_head * bhtail;

request_queue_t *q;

};

struct request_queue

{

/*

* the queue request freelist, one for reads and one for writes

*/

struct request_list rq;

/*

* The total number of requests on each queue

*/

int nr_requests;

/*

* Batching threshold for sleep/wakeup decisions

*/

int batch_requests;

/*

* The total number of 512byte blocks on each queue

*/

atomic_t nr_sectors;

/*

* Batching threshold for sleep/wakeup decisions

*/

int batch_sectors;

/*

* The max number of 512byte blocks on each queue

*/

int max_queue_sectors;

/*

* Together with queue_head for cacheline sharing

*/

struct list_head queue_head;

elevator_t elevator;

request_fn_proc * request_fn;

merge_request_fn * back_merge_fn;

merge_request_fn * front_merge_fn;

merge_requests_fn * merge_requests_fn;

make_request_fn * make_request_fn;

plug_device_fn * plug_device_fn;

/*

* The queue owner gets to use this for whatever they like.

* ll_rw_blk doesn't touch it.

*/

void * queuedata;

/*

* This is used to remove the plug when tq_disk runs.

*/

struct tq_struct plug_tq;

/*

* Boolean that indicates whether this queue is plugged or not.

*/

int plugged:1;

/*

* Boolean that indicates whether current_request is active or

* not.

*/

int head_active:1;

/*

* Boolean that indicates you will use blk_started_sectors

* and blk_finished_sectors in addition to blk_started_io

* and blk_finished_io. It enables the throttling code to

* help keep the sectors in flight to a reasonable value

*/

int can_throttle:1;

unsigned long bounce_pfn;

/*

* Is meant to protect the queue in the future instead of

* io_request_lock

*/

spinlock_t queue_lock;

/*

* Tasks wait here for free read and write requests

*/

wait_queue_head_t wait_for_requests;

struct request *last_request;

};

緩衝區和對緩衝區相應的I/O操作在此任務佇列中相關聯,等待核心的排程.如果是字元裝置就不需要此資料結構.而

塊裝置的read(),write()函式則在buffer_queue的initize和裝置請求佇列進行處理請求時候傳遞給request_fn().

struct request_queue_t{}裝置請求佇列的變數型別,驅動程式在初始化的時候需要填寫request_fn().

其他的資料結構還有 I/O port,Irq,DMA 資源分配,符合POSIX標準的ioctl的cmd的構造和定義,以及描述裝置自身的

相關資料結構定義-如裝置的控制暫存器的相關資料結構定義,BIOS裡的引數定義,裝置型別定義等.

B.初始化和註冊和注消,模組方式驅動程式的載入和解除安裝.

裝置驅動程式在定義了資料結構後 ,首先開始初始化:

如I/O 埠的檢查和登記,核心對 I/O PORT的檢查和登記提供了兩個 函式check_region(int io_port, int off_set)

和request_region(int io_port, int off_set,char *devname).I/O Port登記後,就可以用inb()和outb()進行操作了 .

還有DMA和Irq的初始化檢查和 登記,

int request_irq(unsigned int irq ,void(*handle)(int,void *,struct pt_regs *),unsigned int long flags,

const char *device);

irq: 是要申請的中斷。

handle：中斷處理函式指標。

flags：SA_INTERRUPT 請求一個快速中斷，0 正常中斷。

device：裝置名。

如果登記成功，返回0，這時在/proc/interrupts檔案中可以看你請求的中斷。

DMA主要是在記憶體中分配交換記憶體空間.還有緩衝區,裝置請求佇列的初始化.

還有裝置控制暫存器的檢查和初始化,還有對裝置自身相關的資料結構的初始化,填寫一些裝置特定的資料等.

然後,開始註冊

devfs_register()向VFS註冊統一的裝置操作函式.

static struct file_operations XXX_fops = {

owner: THIS_MODULE, XXX_fops所屬的裝置模組

read: XXX_read, 讀裝置操作

write: XXX_write, 寫裝置操作

ioctl: XXX_ioctl, 控制裝置操作

mmap: XXX_mmap, 記憶體重對映操作

open: XXX_open, 開啟裝置操作

release: XXX_release 釋放裝置操作

/* ... */

};

blk_init_queue()佇列初始化函式.

request_irq()中斷註冊函式

相應的注消函式:

devfs_unregister (devfs_handle_t de){};

free_irq()釋放中斷,I/O資源,釋放緩衝區,釋放裝置,請求佇列,VFS節點等.

模組方式驅動程式的載入和解除安裝.

static int __init _init_module (void)

{

/* ... */

}

static void __exit _cleanup_module (void)

{

}

/* 載入驅動程式模組入口 */

module_init(_init_module);

/* 解除安裝驅動程式模組入口 */

module_exit(_cleanup_module);

_intrrupt()

裝置發生中斷時的處理程式.

{

1.對共享中斷的處理;

2.對spinlock以及其他的事務的處理;

}

C. 底層裝置操作函式的編寫

read().write(),open(),release(),check_media_change(),revalidate()等.

open()和release()

開啟裝置是透過呼叫file_operations結構中的函式open( )來完成的，它是驅動程式用來為今後的操作完成初始化準備工作的。在大部分驅動程式中，open( )通常需要完成下列工作：

1. 檢查裝置相關錯誤，如裝置尚未準備好等。

2. 如果是第一次開啟，則初始化硬體裝置。

3. 識別次裝置號，如果有必要則更新讀寫操作的當前位置指標f_ops。

4. 分配和填寫要放在file->private_data裡的資料結構。

5. 使用計數增1。

釋放裝置是透過呼叫file_operations結構中的函式release( )來完成的，這個裝置方法有時也被稱為close( )，它的作用正好與open( )相反，通常要完成下列工作：

1. 使用計數減1。

2. 釋放在file->private_data中分配的記憶體。

3. 如果使用計算為0，則關閉裝置。

read()和 write()

字元裝置的讀寫操作相對比較簡單，直接使用函式read( )和write( )就可以了。但如果是塊裝置的話，則需要呼叫函式block_read( )和block_write( )來進行資料讀寫，這兩個函式將向裝置請求表中增加讀寫請求，以便Linux核心可以對請求順序進行最佳化。由於是對記憶體緩衝區而不是直接對裝置進行操作的，因此能很大程度上加快讀寫速度。如果記憶體緩衝區中沒有所要讀入的資料，或者需要執行寫操作將資料寫入裝置，那麼就要執行真正的資料傳輸，這是透過呼叫資料結構blk_dev_struct中的函式request_fn( )來完成的。

ioctl()--將cmd進行解釋,並送到裝置的控制暫存器.事實上,read()和write()也要透過ioctl()來完成操作的 .

ioctl(){

CASE CMD{

SWITCH CASE1:{...};

SWITCH CASE2:{...};

SWITCH CASE N:{...};

.

.

DEFAULT : {...};

}

END CASE

總結:

我們可以看出一個linux的驅動程式通常包含如下:

初始化裝置模組、

{I/O port ,DMA.Irq,記憶體 buffer,初始化並且填寫具體裝置資料結構,註冊 fops的具體函式等等 }

中斷處理模組、裝置釋放模組、裝置解除安裝模組

裝置開啟模組、資料讀寫和控制模組、

驅動裝載模組、驅動釋放模組.

浙江省城鄉規劃設計研究院計算機中心

陳剛 2004.07.2