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《常識》
￥應用程序----->系統內核----->設備驅動----->硬件設備
￥設備驅動既是系統內核的下屬，又是硬件設備的老大。
￥在inux系統中用一個文件來代表一個設備。這個文件就叫設備文件。設備驅動的責任是將應用程序對設備文件
的打開、讀、寫、定位等操作轉化爲對硬件設備的打開、讀、寫、定位等操作。而對於任何硬件設備，應用程序
只需利用這些基本操作就可以完全控制它!
￥編寫linux設備驅動需要的知識結構：
1、40%的設計模式相關知識。設計模式是系統內核限定的，做別人的下屬就得按照別人的規矩辦事。
2、30%的內核工作原理相關知識。內核是你領導，領會領導意圖才能把事情辦好。
3、30%的硬件相關知識。控制好硬件是你的的本質工作，你得把你的小弟管理好.
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應用程序調用系統函數，系統函數調用驅動函數來實現對硬件設備的操作，那麼應用程序訪問驅動程序的具體過程又是怎麼樣的呢？這個設計到內核分析：
相關數據結構：
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
struct kobj_map {
struct probe {
struct probe *next;
dev_t dev;
unsigned long range;
struct module *owner;
kobj_probe_t *get;
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data;
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};
static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct file_operations *fops;
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 255
1. 字符驅動模型
每個字符驅動由一個 cdev 結構來表示.
在設備驅動模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 來記錄字符設備驅動.這是由 struct kobj_map 結構來表示的. 它內嵌了255個struct probe指針數組
kobj_map由全局變量 cdev_map 引用: static struct kobj_map *cdev_map;
相關函數說明:
cdev_alloc() 用來創建一個cdev的對象
cdev_add() 用來將cdev對象添加到驅動模型中,其主要是通過kobj_map()來實現的.
kobj_map() 會創建一個probe對象,然後將其插入cdev_map中的某一項中,並關聯probe->data 指向 cdev
struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)
根據設備號,在cdev_map中查找其cdev對象內嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject
2. 字符設備的設備號
字符設備的主,次設備號的分配:
全局數組 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個 struct char_device_struct的元素.每一個對應一個相應的主設備號.如果分配了一個設備號,就會創建一
個 struct char_device_struct 的對象,並將其添加到 chrdevs 中。這樣,通過chrdevs數組,我們就可以知道分配了哪些設備號.
相關函數:
register_chrdev_region( ) 分配指定的設備號範圍
alloc_chrdev_region( ) 動態分配設備範圍
他們都主要是通過調用函數__register_chrdev_region() 來實現的
要注意,這兩個函數僅僅是註冊設備號! 如果要和cdev關聯起來,還要調用cdev_add()
register_chrdev( ) 申請指定的設備號,並且將其註冊到字符設備驅動模型中.
它所做的事情爲:
1. 註冊設備號, 通過調用 __register_chrdev_region() 來實現
2. 分配一個cdev, 通過調用 cdev_alloc() 來實現
3. 將cdev添加到驅動模型中, 這一步將設備號和驅動關聯了起來. 通過調用 cdev_add() 來實現
4. 將第一步中創建的 struct char_device_struct 對象的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由於register_chrdev()是老的接口,這一步在新的接口中並不需要.
3. 文件系統中對字符設備文件的訪問
對於一個字符設備文件, 其inode->i_cdev 指向字符驅動對象cdev, 如果i_cdev爲 NULL ,則說明該設備文件沒有被打開.
由於多個設備可以共用同一個驅動程序.所以,通過字符設備的inode 中的i_devices 和 cdev中的list組成一個鏈表
首先,系統調用open打開一個字符設備的時候, 通過一系列調用,最終會執行到 chrdev_open.
(最終是通過調用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 這一系列的調用過程,本文暫不討論)
int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)
chrdev_open()所做的事情可以概括如下:
1. 根據設備號(inode->i_rdev), 在字符設備驅動模型中查找對應的驅動程序, 這通過kobj_lookup() 來實現, kobj_lookup()會返回對應驅動程序cdev的kobject.
2. 設置inode->i_cdev , 指向找到的cdev.
3. 將inode添加到cdev->list的鏈表中.
4. 使用cdev的ops 設置file對象的f_op
5. 如果ops中定義了open方法,則調用該open方法
6. 返回.
執行完chrdev_open()之後,file對象的f_op指向cdev的ops,因而之後對設備進行的read, write等操作,就會執行cdev的相應操作.
注：文章主要內容轉自http://bbs.chinaunix.net/thread-2033910-1-1.html