深入浅出驱动开发Word格式.docx
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二项（如果本文的例程要在特定的嵌入式系统中运行，还应安装相应的交叉编译器，并包含相应的Linux源代码），如下图：
深入浅出Linux设备驱动编程之内核模块
Linux设备驱动属于内核的一部分，Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载：
（1）直接编译进Linux内核，随同Linux启动时加载；
（2）编译成一个可加载和删除的模块，使用insmod加载（modprobe和insmod命令类似，但依赖于相关的配置文件），rmmod删除。
这种方式控制了内核的大小，而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样。
下面我们给出一个内核模块的例子：
#include<
linux/module.h>
//所有模块都需要的头文件
linux/init.h>
//init&
exit相关宏
MODULE_LICENSE（"
GPL"
）;
staticint__inithello_init（void）
{
printk（"
Hellomoduleinit\n"
return0;
}
staticvoid__exithello_exit（void）
Hellomoduleexit\n"
module_init（hello_init）;
module_exit（hello_exit）;
分析上述程序，发现一个Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数，前者在insmod的时候运行，后者在rmmod的时候运行。
初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义，否则会出现编译错误。
程序中的MODULE_LICENSE（"
）用于声明模块的许可证。
如果要把上述程序编译为一个运行时加载和删除的模块，则编译命令为：
gcc-D__KERNEL__-DMODULE-DLINUX-I/usr/local/src/linux2.4/include-c-ohello.ohello.c
由此可见，Linux内核模块的编译需要给gcc指示-D__KERNEL__-DMODULE-DLINUX参数。
-I选项跟着Linux内核源代码中Include目录的路径。
下列命令将可加载hello模块：
insmod./hello.o
下列命令完成相反过程：
rmmodhello
如果要将其直接编译入Linux内核，则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里，并修改Makefile。
我们有必要补充一下Linux内核编程的一些基本知识：
内存
在Linux内核模式下，我们不能使用用户态的malloc（）和free（）函数申请和释放内存。
进行内核编程时，最常用的内存申请和释放函数为在include/linux/kernel.h文件中声明的kmalloc（）和kfree（），其原型为：
void*kmalloc（unsignedintlen,intpriority）;
voidkfree（void*__ptr）;
kmalloc的priority参数通常设置为GFP_KERNEL，如果在中断服务程序里申请内存则要用GFP_ATOMIC参数，因为使用GFP_KERNEL参数可能会引起睡眠，不能用于非进程上下文中（在中断中是不允许睡眠的）。
由于内核态和用户态使用不同的内存定义，所以二者之间不能直接访问对方的内存。
而应该使用Linux中的用户和内核态内存交互函数（这些函数在include/asm/uaccess.h中被声明）：
unsignedlongcopy_from_user（void*to,constvoid*from,unsignedlongn）;
unsignedlongcopy_to_user（void*to,void*from,unsignedlonglen）;
copy_from_user、copy_to_user函数返回不能被复制的字节数，因此，如果完全复制成功，返回值为0。
include/asm/uaccess.h中定义的put_user和get_user用于内核空间和用户空间的单值交互（如char、int、long）。
这里给出的仅仅是关于内核中内存管理的皮毛，关于Linux内存管理的更多细节知识，我们会在本文第9节《内存与I/O操作》进行更加深入地介绍。
输出
在内核编程中，我们不能使用用户态C库函数中的printf（）函数输出信息，而只能使用printk（）。
但是，内核中printk（）函数的设计目的并不是为了和用户交流，它实际上是内核的一种日志机制，用来记录下日志信息或者给出警告提示。
每个printk都会有个优先级，内核一共有8个优先级，它们都有对应的宏定义。
如果未指定优先级，内核会选择默认的优先级DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。
如果优先级数字比intconsole_loglevel变量小的话，消息就会打印到控制台上。
如果syslogd和klogd守护进程在运行的话，则不管是否向控制台输出，消息都会被追加进/var/log/messages文件。
klogd只处理内核消息，syslogd处理其他系统消息，比如应用程序。
模块参数
2.4内核下，include/linux/module.h中定义的宏MODULE_PARM（var,type）用于向模块传递命令行参数。
var为接受参数值的变量名，type为采取如下格式的字符串[min[-max]]{b,h,i,l,s}。
min及max用于表示当参数为数组类型时，允许输入的数组元素的个数范围；
b：
byte；
h：
short；
i：
int；
l：
long；
s：
string。
在装载内核模块时，用户可以向模块传递一些参数：
insmodmodnamevar=value
如果用户未指定参数，var将使用模块内定义的缺省值。
深入浅出Linux设备驱动之字符设备驱动程序
Linux下的设备驱动程序被组织为一组完成不同任务的函数的集合，通过这些函数使得Windows的设备操作犹如文件一般。
在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作，如open（）、close（）、read（）、write（）等。
Linux主要将设备分为二类：
字符设备和块设备。
字符设备是指设备发送和接收数据以字符的形式进行；
而块设备则以整个数据缓冲区的形式进行。
字符设备的驱动相对比较简单。
下面我们来假设一个非常简单的虚拟字符设备：
这个设备中只有一个4个字节的全局变量intglobal_var，而这个设备的名字叫做"
gobalvar"
。
对"
设备的读写等操作即是对其中全局变量global_var的操作。
驱动程序是内核的一部分，因此我们需要给其添加模块初始化函数，该函数用来完成对所控设备的初始化工作，并调用register_chrdev（）函数注册字符设备：
staticint__initgobalvar_init（void）
if（register_chrdev（MAJOR_NUM,"
gobalvar"
&
gobalvar_fops））
{
//…注册失败
}
else
//…注册成功
其中，register_chrdev函数中的参数MAJOR_NUM为主设备号,"
为设备名，gobalvar_fops为包含基本函数入口点的结构体，类型为file_operations。
当gobalvar模块被加载时，gobalvar_init被执行，它将调用内核函数register_chrdev，把驱动程序的基本入口点指针存放在内核的字符设备地址表中，在用户进程对该设备执行系统调用时提供入口地址。
与模块初始化函数对应的就是模块卸载函数，需要调用register_chrdev（）的"
反函数"
unregister_chrdev（）：
staticvoid__exitgobalvar_exit（void）
if（unregister_chrdev（MAJOR_NUM,"
））
//…卸载失败
//…卸载成功
随着内核不断增加新的功能，file_operations结构体已逐渐变得越来越大，但是大多数的驱动程序只是利用了其中的一部分。
对于字符设备来说，要提供的主要入口有：
open（）、release（）、read（）、write（）、ioctl（）、llseek（）、poll（）等。
open（）函数 对设备特殊文件进行open（）系统调用时，将调用驱动程序的open（）函数：
int（*open）（structinode*,structfile*）;
其中参数inode为设备特殊文件的inode（索引结点）结构的指针，参数file是指向这一设备的文件结构的指针。
open（）的主要任务是确定硬件处在就绪状态、验证次设备号的合法性（次设备号可以用MINOR（inode->
i-rdev）取得）、控制使用设备的进程数、根据执行情况返回状态码（0表示成功，负数表示存在错误）等；
release（）函数 当最后一个打开设备的用户进程执行close（）系统调用时，内核将调用驱动程序的release（）函数：
void（*release）（structinode*,structfile*）;
release函数的主要任务是清理未结束的输入/输出操作、释放资源、用户自定义排他标志的复位等。
read（）函数 当对设备特殊文件进行read（）系统调用时，将调用驱动程序read（）函数：
ssize_t（*read）（structfile*,char*,size_t,loff_t*）;
用来从设备中读取数据。
当该函数指针被赋为NULL值时，将导致read系统调用出错并返回-EINVAL（"
Invalidargument，非法参数"
）。
函数返回非负值表示成功读取的字节数（返回值为"
signedsize"
数据类型，通常就是目标平台上的固有整数类型）。
globalvar_read函数中内核空间与用户空间的内存交互需要借助第2节所介绍的函数：
staticssize_tglobalvar_read（structfile*filp,char*buf,size_tlen,loff_t*off）
…
copy_to_user（buf,&
global_var,sizeof（int））;
write（）函数 当设备特殊文件进行write（）系统调用时，将调用驱动程序的write（）函数：
ssize_t（*write）（structfile*,constchar*,size_t,loff_t*）;
向设备发送数据。
如果没有这个函数，write系统调用会向调用程序返回一个-EINVAL。
如果返回值非负，则表示成功写入的字节数。
globalvar_write函数中内核空间与用户空间的内存交互需要借助第2节所介绍的函数：
staticssize_tglobalvar_write（structfile*filp,constchar*buf,size_tlen,loff_t *off）
…
copy_from_user（&
global_var,buf,sizeof（int））;
ioctl（）函数 该函数是特殊的控制函数，可以通过它向设备传递控制信息或从设备取得状态信息，函数原型为：
int（*ioctl）（structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong）;
unsignedint参数为设备驱动程序要执行的命令的代码，由用户自定义，unsignedlong参数为相应的命令提供参数，类型可以是整型、指针等。
如果设备不提供ioctl入口点，则对于任何内核未预先定义的请求，ioctl系统调用将返回错误（-ENOTTY，"
Nosuchioctlfordevice，该设备无此ioctl命令"
如果该设备方法返回一个非负值，那么该值会被返回给调用程序以表示调用成功。
llseek（）函数该函数用来修改文件的当前读写位置，并将新位置作为（正的）返回值返回，原型为：
loff_t（*llseek）（structfile*,loff_t,int）;
poll（）函数poll方法是poll和select这两个系统调用的后端实现，用来查询设备是否可读或可写，或是否处于某种特殊状态，原型为：
unsignedint（*poll）（structfile*,structpoll_table_struct*）;
我们将在"
设备的阻塞与非阻塞操作"
一节对该函数进行更深入的介绍。
设备"
的驱动程序的这些函数应分别命名为gobalvar_open、gobalvar_release、gobalvar_read、gobalvar_write、gobalvar_ioctl，因此设备"
的基本入口点结构变量gobalvar_fops赋值如下：
structfile_operationsgobalvar_fops={
read:
gobalvar_read,
write:
gobalvar_write,
};
上述代码中对gobalvar_fops的初始化方法并不是标准C所支持的，属于GNU扩展语法。
完整的globalvar.c文件源代码如下：
linux/fs.h>
asm/uaccess.h>
#defineMAJOR_NUM254//主设备号
staticssize_tglobalvar_read（structfile*,char*,size_t,loff_t*）;
staticssize_tglobalvar_write（structfile*,constchar*,size_t,loff_t*）;
//初始化字符设备驱动的file_operations结构体
structfile_operationsglobalvar_fops=
globalvar_read,write:
globalvar_write,
staticintglobal_var=0;
//"
globalvar"
设备的全局变量
staticint__initglobalvar_init（void）
intret;
//注册设备驱动
ret=register_chrdev（MAJOR_NUM,"
globalvar_fops）;
if（ret）
printk（"
globalvarregisterfailure"
globalvarregistersuccess"
returnret;
staticvoid__exitglobalvar_exit（void）
//注销设备驱动
ret=unregister_chrdev（MAJOR_NUM,"
globalvarunregisterfailure"
globalvarunregistersuccess"
//将global_var从内核空间复制到用户空间
if（copy_to_user（buf,&
global_var,sizeof（int）））
return-EFAULT;
}
returnsizeof（int）;
//将用户空间的数据复制到内核空间的global_var
if（copy_from_user（&
global_var,buf,sizeof（int）））
module_init（globalvar_init）;
module_exit（globalvar_exit）;
运行：
gcc-D__KERNEL__-DMODULE-DLINUX-I/usr/local/src/linux2.4/include-c-oglobalvar.oglobalvar.c
编译代码，运行：
inmodglobalvar.o
加载globalvar模块，再运行：
cat/proc/devices
发现其中多出了"
254globalvar"
一行，如下图：
接着我们可以运行：
mknod/dev/globalvarc2540
创建设备节点，用户进程通过/dev/globalvar这个路径就可以访问到这个全局变量虚拟设备了。
我们写一个用户态的程序globalvartest.c来验证上述设备：
sys/types.h>
//访问_LP64和_ILP32的定义，还包含适当时使用的多个基本
派生类型：
clock_t,dev_t,off_t,ptrdiff,size_t,ssize_t,time_t
sys/stat.h>
//获得文件的属性，它可以返回一个结构，里面包含文件全部
属性
stdio.h>
fcntl.h>
//设备驱动程序接口是由结构说明，它定义在fcntl.h中
main（）
intfd,num;
//打开"
/dev/globalvar"
fd=open（"
O_RDWR,S_IRUSR|S_IWUSR）;
//这个函数就是告诉系统，应用程序要以读写的方式打开/dev/globalvar这个设备,然后系统再查找相应的驱动程序内的open函数
打开设备
if（fd!
=-1）
//初次读globalvar
read（fd,&
num,sizeof（int））;
printf（"
Theglobalvaris%d\n"
num）;
//写globalvar
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