本貼轉自 fatbird00055，不是自己寫的，呵呵
linux字符設備驅動程序設計概述
字符設備字符設備是指在I/O傳輸過程中以字符爲單位進行傳輸的設備，例如鍵盤，打印機等。請注意，以字符爲單位並不一定意味着是以字節爲單位，因爲有的編碼規則規定，1個字符佔16比特，合2個字節。
在UNIX系統中，字符設備以特別文件方式在文件目錄樹中佔據位置並擁有相應的i結點。i結點中的文件類型指明該文件是字符設備文件。可以使用與普通文件相同的文件操作命令對字符設備文件進行操作，例如打開、關閉、讀、寫等 字符設備是最基本、最常用的設備。概括的說，字符設備驅動主要要做三件事：1、定義一個結構體static struct file_operations變量，其內定義一些設備的打開、關閉、讀、寫、控制函數；2、在結構體外分別實現結構體中定義的這些函數；3、向內核中註冊或刪除驅動模塊。具體如下：
字符設備提供給應用程序流控制接口有：open/close/read/write/ioctl，添加一個字符設備驅動程序，實際上是給上述操作添加對應的代碼，Linux對這些操作統一做了抽象
struct file_operations
file_operations結構體的例子如下
static struct file_operations myDriver_fops = {
owner: THIS_MODULE,
write: myDriver_write,
read: myDriver_read,
ioctl: myDriver_ioctl,
open: myDriver_open,
release: myDriver_release,
};
該結構體規定了驅動程序嚮應用程序提供的操作接口：
實現write操作
從應用程序接收數據送到硬件。例：
static ssize_t myDriver_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
size_t fill_size = count;
PRINTK("myDriver write called!\n");
PRINTK("\tcount=%d, pos=%d\n", count, (int)*f_pos);
if(*f_pos >= sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("[myDriver write]Buffer Overlap\n");
*f_pos = sizeof(myDriver_Buffer);
return 0;
}
if((count + *f_pos) > sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("count + f_pos > sizeof buffer\n");
fill_size = sizeof(myDriver_Buffer) - *f_pos;
}
copy_from_user(&myDriver_Buffer[*f_pos], buf, fill_size);
*f_pos += fill_size;
return fill_size;
}
其中的關鍵函數
u_long copy_from_user(void *to, const void *from, u_long len);
把用戶態的數據拷到內核態，實現數據的傳送。
實現read操作
從硬件讀取數據並交給應用程序。例：
static ssize_t myDriver_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
size_t read_size = count;
PRINTK("myDriver read called!\n");
PRINTK("\tcount=%d, pos=%d\n", count, (int)*f_pos);
if(*f_pos >= sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("[myDriver read]Buffer Overlap\n");
*f_pos = sizeof(myDriver_Buffer);
return 0;
}
if((count + *f_pos) > sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("count + f_pos > sizeof buffer\n");
read_size = sizeof(myDriver_Buffer) - *f_pos;
}
copy_to_user(buf, &myDriver_Buffer[*f_pos], read_size);
*f_pos += read_size;
return read_size;
}
其中的關鍵函數
u_long copy_to_user(void * to, const void *from, u_long len);
該函數實現把內核態的數據拷到用戶態下。
實現ioctl操作
爲應用程序提供對硬件行爲的控制。例：
static int myDriver_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
PRINTK("myDriver ioctl called(%d)!\n", cmd);
if(_IOC_TYPE(cmd) != TSTDRV_MAGIC)
{
return -ENOTTY;
}
if(_IOC_NR(cmd) >= TSTDRV_MAXNR)
{
return -ENOTTY;
}
switch(cmd)
{
case MYDRV_IOCTL0:
PRINTK("IOCTRL 0 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL1:
PRINTK("IOCTRL 1 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL2:
PRINTK("IOCTRL 2 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL3:
PRINTK("IOCTRL 3 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
}
return 0;
}
實現open操作
當應用程序打開設備時對設備進行初始化，使用MOD_INC_USE_COUNT增加驅動程序的使用次數。例：
static int myDriver_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
MOD_INC_USE_COUNT;
PRINTK("myDriver open called!\n");
return 0;
}
實現release操作
當應用程序關閉設備時處理設備的關閉操作。使用MOD_DEC_USE_COUNT增加驅動程序的使用次數。例：
static int myDriver_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
PRINTK("myDriver release called!\n");
return 0;
}
驅動程序初始化函數
Linux在加載內核模塊時會調用初始化函數，初始化驅動程序本身使用register_chrdev向內核註冊驅動程序，該函數的第三個指向包含有驅動程序接口函數信息的file_operations結構體。
例：
/* Module Init & Exit function */
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_handle_t devfs_myDriver_dir;
devfs_handle_t devfs_myDriver_raw;
#endif
static int __init myModule_init(void)
{
/* Module init code */
PRINTK("myModule_init\n");
/* Driver register */
myDriver_Major = register_chrdev0,DRIVER_NAME,&myDriver_fops);
if(myDriver_Major < 0)
{
PRINTK("register char device fail!\n");
return myDriver_Major;
}
PRINTK("register myDriver OK! Major = %d\n", myDriver_Major);
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_myDriver_dir = devfs_mk_dir(NULL, "myDriver", NULL);
devfs_myDriver_raw = devfs_register(devfs_myDriver_dir, "raw0", DEVFS_FL_DEFAULT, myDriver_Major, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, &myDriver_fops, NULL);
PRINTK("add dev file to devfs OK!\n");
#endif
return 0;
}
其中，關鍵函數
module_init()
向內核聲明當前模塊的初始化函數
驅動程序退出函數
Linux在卸載內核模塊時會調用退出函數釋放驅動程序使用的資源，使用unregister_chrdev從內核中卸載驅動程序。將驅動程序模塊註冊到內核，內核需要知道模塊的初始化函數和退出函數，才能將模塊放入自己的管理隊列中。
例：
static void __exit myModule_exit(void)
{
/* Module exit code */
PRINTK("myModule_exit\n");
/* Driver unregister */
if(myDriver_Major > 0)
{
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_unregister(devfs_myDriver_raw);
devfs_unregister(devfs_myDriver_dir);
#endif
unregister_chrdev(myDriver_Major, DRIVER_NAME);
}
return;
}
其中，關鍵函數
module_exit()
向內核聲明當前模塊的退出函數。
關於devfs的操作
在devfs中建立一個目錄（/dev下）
devfs_handle_t devfs_mk_dir (devfs_handle_t dir, const char *name, void *info);
在devfs中註冊一個設備文件節點
devfs_handle_t devfs_register(devfs_handle_t dir, const char *name,
unsigned int flags,
unsigned int major, unsigned int minor,
umode_t mode, void *ops, void *info);
在devfs中刪除一個設備文件節點
void devfs_unregister(devfs_handle_t de);
加載驅動程序
在終端下，輸入以下命令可以對模塊進行相關的操作。
insmod 內核模塊文件名
rmmod 內核模塊文件名
lsmod 列舉出當前全部的加載模塊文件名
建立設備文件
mknod 文件路徑 c [主設備號] [從設備號]
應用程序接口函數
可以使用標準C的文件操作函數來完成。
應用程序接口函數：
int open(const char *path, int oflag,…);
打開名爲path的文件或設備
成功打開後返回文件句柄
常用oflag：O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
int close(int fd);
關閉之前被打開的文件或設備
成功關閉返回0，否則返回錯誤代號
ssize_t read(int fd, void *buffer, size_t count);
從已經打開的文件或設備中讀取數據
buffer表示應用程序緩衝區
count表示應用程序希望讀取的數據長度
成功讀取後返回讀取的字節數，否則返回-1
ssize_t write(int fd, void *buffer, size_t count);
向已經打開的文件或設備中寫入數據
buffer表示應用程序緩衝區
count表示應用程序希望寫入的數據長度
成功寫入後返回寫入的字節數，否則返回-1
int ioctl(int fd, unsigned long int cmd,…);
向驅動程序發送控制命令
cmd需是唯一值
type：又稱幻數，8bit，一般表示cmd所屬模塊
number：cmd序號，8bit，一般表示實際的命令
direction：數據傳輸方向，2bit
size：數據大小，位數與體系結構有關（ARM:12bit）
sizeof(int)-(sizeof(type)+sizeof(number)+sizeof(direction))
使用_IO宏可快速合成cmd：_IO(MAGIC, num)
附：完整的示例驅動程序
// tst-driver.h
#ifndef __TST_DRIVER_H__
#define __TST_DRIVER_H__
#define TSTDRV_MAGIC 0xd0
#define MYDRV_IOCTL0 _IO(TSTDRV_MAGIC, 0)
#define MYDRV_IOCTL1 _IO(TSTDRV_MAGIC, 1)
#define MYDRV_IOCTL2 _IO(TSTDRV_MAGIC, 2)
#define MYDRV_IOCTL3 _IO(TSTDRV_MAGIC, 3)
#define TSTDRV_MAXNR 4
#endif //#ifndef __TST_DRIVER_H__
// tst-driver.c
#ifndef __KERNEL__
#define __KERNEL__
#endif
#ifndef MODULE
#define MODULE
#endif
#include <linux/config.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/init.h> /* __init __exit */
#include <linux/types.h> /* size_t */
#include <linux/fs.h> /* file_operation */
//#include <linux/errno.h> /* Error number */
//#include <linux/delay.h> /* udelay */
#include <asm/uaccess.h> /* copy_to_user, copy_from_user */
#include <asm/hardware.h>
#include "tst-driver.h"
#define DRIVER_NAME "myDriver"
//#undef CONFIG_DEVFS_FS
#ifdef DEBUG
#define PRINTK(fmt, arg...) printk(KERN_NOTICE fmt, ##arg)
#else
#define PRINTK(fmt, arg...)
#endif
/* KERN_EMERG 用於緊急事件,一般是系統崩潰前的提示信息
KERN_ALERT 用於需要立即採取動作的場合
KERN_CRIT 臨界狀態,通常設計驗證的硬件或軟件操作失敗
KERN_ERR 用於報告錯誤狀態.設備驅動程序通常會用它報告來自硬件的問題
KERN_WARNING 就可能出現的問題提出警告.這些問題通常不會對系統造成嚴重破壞
KERN_NOTICE 有必要提示的正常情況.許多安全相關的情況用這個級別彙報
KERN_INFO 提示性信息.有很多驅動程序在啓動時用這個級別打印相關信息
KERN_DEBUG 用於調試的信息
*/
static int myDriver_Major = 0; /* Driver Major Number */
/* Vitual Driver Buffer */
static unsigned char myDriver_Buffer[1024*1024];
/* Driver Operation Functions */
static int myDriver_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
// int Minor = MINOR(inode->i_rdev);
// filp->private_data = 0;
MOD_INC_USE_COUNT;
PRINTK("myDriver open called!\n");
return 0;
}
static int myDriver_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
// int Minor = MINOR(inode->i_rdev);
MOD_DEC_USE_COUNT;
PRINTK("myDriver release called!\n");
return 0;
}
static ssize_t myDriver_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
size_t read_size = count;
PRINTK("myDriver read called!\n");
PRINTK("\tcount=%d, pos=%d\n", count, (int)*f_pos);
if(*f_pos >= sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("[myDriver read]Buffer Overlap\n");
*f_pos = sizeof(myDriver_Buffer);
return 0;
}
if((count + *f_pos) > sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("count + f_pos > sizeof buffer\n");
read_size = sizeof(myDriver_Buffer) - *f_pos;
}
copy_to_user(buf, &myDriver_Buffer[*f_pos], read_size);
*f_pos += read_size;
return read_size;
}
static ssize_t myDriver_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
size_t fill_size = count;
PRINTK("myDriver write called!\n");
PRINTK("\tcount=%d, pos=%d\n", count, (int)*f_pos);
if(*f_pos >= sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("[myDriver write]Buffer Overlap\n");
*f_pos = sizeof(myDriver_Buffer);
return 0;
}
if((count + *f_pos) > sizeof(myDriver_Buffer))
{
PRINTK("count + f_pos > sizeof buffer\n");
fill_size = sizeof(myDriver_Buffer) - *f_pos;
}
copy_from_user(&myDriver_Buffer[*f_pos], buf, fill_size);
*f_pos += fill_size;
return fill_size;
}
static int myDriver_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
PRINTK("myDriver ioctl called(%d)!\n", cmd);
if(_IOC_TYPE(cmd) != TSTDRV_MAGIC)
{
return -ENOTTY;
}
if(_IOC_NR(cmd) >= TSTDRV_MAXNR)
{
return -ENOTTY;
}
switch(cmd)
{
case MYDRV_IOCTL0:
PRINTK("IOCTRL 0 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL1:
PRINTK("IOCTRL 1 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL2:
PRINTK("IOCTRL 2 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
case MYDRV_IOCTL3:
PRINTK("IOCTRL 3 called(0x%lx)!\n", arg);
break;
}
return 0;
}
/* Driver Operation structure */
static struct file_operations myDriver_fops = {
owner: THIS_MODULE,
write: myDriver_write,
read: myDriver_read,
ioctl: myDriver_ioctl,
open: myDriver_open,
release: myDriver_release,
};
/* Module Init & Exit function */
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_handle_t devfs_myDriver_dir;
devfs_handle_t devfs_myDriver_raw;
#endif
static int __init myModule_init(void)
{
/* Module init code */
PRINTK("myModule_init\n");
/* Driver register */
myDriver_Major = register_chrdev(0, DRIVER_NAME, &myDriver_fops);
if(myDriver_Major < 0)
{
PRINTK("register char device fail!\n");
return myDriver_Major;
}
PRINTK("register myDriver OK! Major = %d\n", myDriver_Major);
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_myDriver_dir = devfs_mk_dir(NULL, "myDriver", NULL);
devfs_myDriver_raw = devfs_register(devfs_myDriver_dir, "raw0", DEVFS_FL_DEFAULT, myDriver_Major, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, &myDriver_fops, NULL);
PRINTK("add dev file to devfs OK!\n");
#endif
return 0;
}
static void __exit myModule_exit(void)
{
/* Module exit code */
PRINTK("myModule_exit\n");
/* Driver unregister */
if(myDriver_Major > 0)
{
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_unregister(devfs_myDriver_raw);
devfs_unregister(devfs_myDriver_dir);
#endif
unregister_chrdev(myDriver_Major, DRIVER_NAME);
}
return;
}
MODULE_AUTHOR("SXZ");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
module_init(myModule_init);
module_exit(myModule_exit);