PCI驱动编程基本框架文档格式.docx
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unsignedint（*poll）（structfile*,structpoll_table_struct*）;
long（*unlocked_ioctl）（structfile*,unsignedint,unsignedlong）;
long（*compat_ioctl）（structfile*,unsignedint,unsignedlong）;
int（*mmap）（structfile*,structvm_area_struct*）;
int（*open）（structinode*,structfile*）;
int（*flush）（structfile*,fl_owner_tid）;
int（*release）（structinode*,structfile*）;
int（*fsync）（structfile*,loff_t,loff_t,intdatasync）;
int（*aio_fsync）（structkiocb*,intdatasync）;
int（*fasync）（int,structfile*,int）;
int（*lock）（structfile*,int,structfile_lock*）;
ssize_t（*sendpage）（structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int）;
unsignedlong（*get_unmapped_area）（structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong）;
int（*check_flags）（int）;
int（*flock）（structfile*,int,structfile_lock*）;
ssize_t（*splice_write）（structpipe_inode_info*,structfile*,loff_t*,size_t,unsignedint）;
ssize_t（*splice_read）（structfile*,loff_t*,structpipe_inode_info*,size_t,unsignedint）;
int（*setlease）（structfile*,long,structfile_lock**）;
long（*fallocate）（structfile*file,intmode,loff_toffset,
loff_tlen）;
};
当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。
例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。
3.设备驱动程序模块
Linux下的设备驱动程序可以按照两种方式进行编译，一种是直接静态编译成内核的一部分，另一种则是编译成可以动态加载的模块。
如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态地卸载，不利于调试，所有推荐使用模块方式。
从本质上来讲，模块也是内核的一部分，它不同于普通的应用程序，不能调用位于用户态下的C或者C++库函数，而只能调用Linux内核提供的函数，在/proc/ksyms中可以查看到内核提供的所有函数。
在以模块方式编写驱动程序时，要实现两个必不可少的函数init_module（）和cleanup_module（），而且至少要包含和两个头文件。
一般使用LDD3例程中使用的makefile作为基本的版本，稍作改变之后用来编译驱动，编译生成的模块（一般为.ko文件）可以使用命令insmod载入Linux内核，从而成为内核的一个组成部分，此时内核会调用模块中的函数init_module（）。
当不需要该模块时，可以使用rmmod命令进行卸载，此进内核会调用模块中的函数cleanup_module（）。
任何时候都可以使用命令来lsmod查看目前已经加载的模块以及正在使用该模块的用户数。
4.设备驱动程序结构
了解设备驱动程序的基本结构（或者称为框架），对开发人员而言是非常重要的，Linux的设备驱动程序大致可以分为如下几个部分：
驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作、设备的中断和轮询处理。
驱动程序的注册与注销
向系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主设备号，这可以通过在驱动程序的初始化过程中调用register_chrdev（）或者register_blkdev（）来完成。
而在关闭字符设备或者块设备时，则需要通过调用unregister_chrdev（）或unregister_blkdev（）从内核中注销设备，同时释放占用的主设备号。
但是现在
程序员都倾向于动态创建设备号和设备结点，动态创建设备号和设备结点需要几个指定的函数，具体
可以参见“Linux字符驱动中动态分配设备号与动态生成设备节点”。
设备的打开与释放
打开设备是通过调用file_operations结构中的函数open（）来完成的，它是驱动程序用来为今后的操作完成初始化准备工作的。
在大部分驱动程序中，open（）通常需要完成下列工作：
1.检查设备相关错误，如设备尚未准备好等。
2.如果是第一次打开，则初始化硬件设备。
3.识别次设备号，如果有必要则更新读写操作的当前位置指针f_ops。
4.分配和填写要放在file->
private_data里的数据结构。
5.使用计数增1。
释放设备是通过调用file_operations结构中的函数release（）来完成的，这个设备方法有时也被称为close（），它的作用正好与open（）相反，通常要完成下列工作：
1.使用计数减1。
2.释放在file->
private_data中分配的内存。
3.如果使用计算为0，则关闭设备。
设备的读写操作
字符设备的读写操作相对比较简单，直接使用函数read（）和write（）就可以了。
但如果是块设备的话，则需要调用函数block_read（）和block_write（）来进行数据读写，这两个函数将向设备请求表中增加读写请求，以便Linux内核可以对请求顺序进行优化。
由于是对内存缓冲区而不是直接对设备进行操作的，因此能很大程度上加快读写速度。
如果内存缓冲区中没有所要读入的数据，或者需要执行写操作将数据写入设备，那么就要执行真正的数据传输，这是通过调用数据结构blk_dev_struct中的函数request_fn（）来完成的。
设备的控制操作
除了读写操作外，应用程序有时还需要对设备进行控制，这可以通过设备驱动程序中的函数ioctl（）来完成，ioctl系统调用有下面的原型:
intioctl（intfd,unsignedlongcmd,...），第一个参数是文件描述符，第二个参数是具体的命令，一般使用宏定义来确定，第三个参数一般是传递给驱动中处理设备控制操作函数的参数。
ioctl（）的用法与具体设备密切关联，因此需要根据设备的实际情况进行具体分析。
设备的中断和轮询处理对于不支持中断的硬件设备，读写时需要轮流查询设备状态，以便决定是否继续进行数据传输。
如果设备支持中断，则可以按中断方式进行操作。
基本框架
在用模块方式实现PCI设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部分：
初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。
下面给出一个典型的PCI设备驱动程序的基本框架，从中不难体会到这几个关键模块是如何组织起来的。
/*指明该驱动程序适用于哪一些PCI设备*/
staticstructpci_device_idmy_pci_tbl[]__initdata={
{PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE_ID,PCI_ANY_ID,PCI_ANY_ID,0,0,0},
{0,}
/*对特定PCI设备进行描述的数据结构*/
structdevice_private{
...
}
/*中断处理模块*/
staticirqreturn_tdevice_interrupt（intirq,void*dev_id）
{
/*...*/}
/*设备文件操作接口*/
staticstructfile_operationsdevice_fops={
owner:
THIS_MODULE,/*demo_fops所属的设备模块*/read:
device_read,/*读设备操作*/write:
device_write,/*写设备操作*/ioctl:
device_ioctl,/*控制设备操作*/mmap:
device_mmap,/*内存重映射操作*/open:
device_open,/*打开设备操作*/release:
device_release/*释放设备操作*/
/*...*/};
/*设备模块信息*/
staticstructpci_drivermy_pci_driver={
name:
DEVICE_MODULE_NAME,/*设备模块名称*/id_table:
device_pci_tbl,/*能够驱动的设备列表*/probe:
device_probe,/*查找并初始化设备*/remove:
device_remove/*卸载设备模块*/
staticint__initinit_module（void）
staticvoid__exitcleanup_module（void）
pci_unregister_driver（&
my_pci_driver）;
/*加载驱动程序模块入口*/module_init（init_module）;
/*卸载驱动程序模块入口*/module_exit（cleanup_module）;
上面这段代码给出了一个典型的PCI设备驱动程序的框架，是一种相对固定的模式。
需要注意的是，同加载和卸载模块相关的函数或数据结构都要在前面加上__init、__exit等标志符，以使同普通函数区分开来。
构造出这样一个框架之后，接下去的工作就是如何完成框架内的各个功能模块了。
针对相应设备定义描述该PCI设备的数据结构：
structdevice_private
/*注册字符驱动和发现PCI设备的时候使用*/
structpci_dev*my_pdev;
//
structcdevmy_cdev;
dev_tmy_dev;
atomic_tcreated;
/*用于获取PCI设备配置空间的基本信息*/unsignedlongmmio_addr;
unsignedlongregs_len;
intirq;
//中断号
/*用于保存分配给PCI设备的内存空间的信息*/dma_addr_trx_dma_addrp;
dma_addr_ttx_dma_addrp;
/*基本的同步手段*/
spinlock_tlock_send;
spinlock_tlock_rev;
/*保存内存空间转换后的地址信息*/
void__iomem*ioaddr;
unsignedlongvirts_addr;
intopen_flag//设备打开标记
.....
初始化设备模块：
name:
DRV_NAME,//驱动的名字，一般是一个宏定义
id_table:
my_pci_tbl,//包含了相关物理PCI设备的基本信息，vendorID，deviceID等
probe:
pci_probe,//用于发现PCI设备
remove:
__devexit_p（pci_remove）,//PCI设备的移除
//my_pci_tbl其实是一个structpci_device结构，该结构可以有很多项，每一项代表一个设备
//该结构可以包含很多项，每一项表明使用该结构的驱动支持的设备
//注意：
需要以一个空的项结尾，也就是：
staticstructpci_device_idmy_pci_tbl[]__initdata={
{vendor_id,device_id,PCI_ANY_ID,PCI_ANY_ID,0,0,0},
{0,}
staticint__initinit_module（void）
intresult;
printk（KERN_INFO"
my_pci_driverbuilton%s,%s\n"
__DATE__,__TIME__）;
result=pci_register_driver（&
my_pci_driver）;
//注册设备驱动
if（result）
returnresult;
return0;
卸载设备模块：
staticvoid__devexitmy_pci_remove（structpci_dev*pci_dev）
structdevice_private*private;
private=（structdevice_private*）pci_get_drvdata（pci_dev）;
printk（"
FCswitch->
irq=%d\n"
private->
irq）;
//register_w32是封装的宏，便于直接操作
//#defineregister_w32（reg,val32）iowrite32（（val32）,device_private->
ioaddr+（reg））
//这里的作用是关中断，硬件复位
register_w32（IntrMask,0x00000001）;
register_w32（Reg_reset,0x00000001）;
//移除动态创建的设备号和设备
device_destroy（device_class,device->
my_dev）;
class_destroy（device_class）;
cdev_del（&
private->
my_cdev）;
unregister_chrdev_region（priv->
my_dev,1）;
//清理用于映射到用户空间的内存页面
for（private->
virts_addr=（unsignedlong）private->
rx_buf_virts;
virts_addr<
（unsignedlong）private->
rx_buf_virts+BUF_SIZE;
virts_addr+=PAGE_SIZE）
{
ClearPageReserved（virt_to_page（FCswitch->
virts_addr））;
}
...
//释放分配的内存空间
pci_free_consistent（private->
my_pdev,BUF_SIZE,private->
rx_buf_virts,private->
rx_dma_addrp）;
...
free_irq（private->
irq,private）;
iounmap（private->
ioaddr）;
pci_release_regions（pci_dev）;
kfree（private）;
pci_set_drvdata（pci_dev,NULL）;
pci_disable_device（pci_dev）;
//总之模块卸载函数的职责就是释放一切分配过的资源，根据自己代码的需要进行具体的操作
PCI设备的探测（probe）：
staticint__devinitpci_probe（structpci_dev*pci_dev,conststructpci_device_id*pci_id）
unsignedlongmmio_start;
unsignedlongmmio_end;
unsignedlongmmio_flags;
unsignedlongmmio_len;
void__iomem*ioaddr1=NULL;
probefunctionisrunning\n"
）;
/*启动PCI设备*/
if（pci_enable_device（pci_dev））
printk（KERN_ERR"
%s:
cannotenabledevice\n"
pci_name（pci_dev））;
return-ENODEV;
printk（"
enabledevice\n"
/*在内核空间中动态申请内存*/
if（（private=kmalloc（sizeof（structdevice_private）,GFP_KERNEL））==NULL）
pci_demo:
outofmemory\n"
return-ENOMEM;
memset（private,0,sizeof（*private））;
private->
my_pdev=pci_dev;
mmio_start=pci_resource_start（pci_dev,0）;
mmio_end=pci_resource_end（pci_dev,0）;
mmio_flags=pci_resource_flags（pci_dev,0）;
mmio_len=pci_resource_len（pci_dev,0）;
mmio_startis0x%0x\n"
（unsignedint）mmio_start）;
mmio_lenis0x%0x\n"
（unsignedint）mmio_len）;
if（!
（mmio_flags&
IORESOURCE_MEM））
cannotfindproperPCIdevicebaseaddress,aborting.\n"
result=-ENODEV;
gotoerr_out;
/*对PCI区进行标记，标记该区域已经分配出去*/result=pci_request_regions（pci_dev,DEVICE_NAME）;
/*设置成总线主DMA模式*/pci_set_master（pci_dev）;
/*ioremap重映射一个物理地址范围到处理器的虚拟地址空间,使它对内核可用.*/
ioaddr1=ioremap（m
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