linux设备驱动程序笔记.txt

Linux设备驱动程序笔记

void my_cleanup(void)
{
    if (item1)

        release_thing(item1);
    if (item2)
        release_thing2(item2);
    if (stuff_ok)
        unregister_stuff();
    return;
}
int __init my_init(void)
{
    int err = -ENOMEM;
    item1 = allocate_thing(arguments);
    item2 = allocate_thing2(arguments2);
    if (!item2 || !item2)
        goto fail;
    err = register_stuff(item1, item2);
    if (!err)
        stuff_ok = 1;
    else
        goto fail;
    return 0; /* success */

 fail:
        my_cleanup( );
        return err;
}
 


（14）模块参数：内核允许对驱动程序指定参数，而这些参数可在装载驱动程序模块时改变。
实验程序
如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");



static char *whom = "Tekkaman Ninja";
static int howmany = 1;
static int TNparam[] = {1,2,3,4};
static int TNparam_nr = 4;
module_param(howmany, int, S_IRUGO);
module_param(whom, charp, S_IRUGO);
module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO);
static int hello_init(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < howmany; i++)
        printk(KERN_ALERT "(%d) Hello, %s ！\n", i, whom);
    for (i = 0; i < 8; i++)
        printk(KERN_ALERT "TNparam[%d] : %d \n", i, TNparam[i]);
    return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT "Goodbye, Tekkaman Ninja ！\n Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
 
实验结果
如下：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls
cs89x0.ko hello.ko prism2_usb.ko
hello-param.ko p80211.ko
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1
(0) Hello, KeKe ！
(1) Hello, KeKe ！
TNparam[0] : 4
TNparam[1] : 3
TNparam[2] : 2
TNparam[3] : 1
TNparam[4] : 1836543848
TNparam[5] : 7958113
TNparam[6] : 1836017783
TNparam[7] : 0
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe"  TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8
TNparam: can only take 4 arguments
hello_param: `4' invalid for parameter `TNparam'
insmod: cannot insert 'hello-param.ko': Invalid parameters (-1): Invalid argument
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#  
 


这个实验除了对参数的改变进行实验外，一个重要的目的是测试“ module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO);”中&TNparam_nr对输入参数数目的限制作用。经过实验，表明&TNparam_nr并没有对输入参数的数目起到限制作用。真正起到限制作用的是“static int TNparam[] = {1,2,3,4};”本身定义的大小，将程序进行修改：
static int TNparam[] = {1,2,3,4};  
改为 static int TNparam[] = {1,2,3,4,5,6,7,8};
其他都不变。

编译后再进行实验，其结果是：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8
(0) Hello, KeKe ！
(1) Hello, KeKe ！
TNparam[0] : 4
TNparam[1] : 3
TNparam[2] : 2
TNparam[3] : 1
TNparam[4] : 5
TNparam[5] : 6
TNparam[6] : 7
TNparam[7] : 8
[Tekkaman2440@SBC2440V4]# 
 

 

 

（15）“#include <linux/sched.h>”  最重要的头文件之一。包含驱动程序使用的大部分内核API的定义，包括睡眠函数以及各种变量声明。

（16）“#include <linux/version.h>” 包含所构造内核版本信息的头文件。



在学习过程中找到了几篇很好的参考文档：
（1）第一章 模块（Modules） 

URL：http://greenlinux.blogcn.com/diary,103232026.shtml 
（2）《从 2.4 到 2.6：Linux 内核可装载模块机制的改变对设备驱动的影响》
URL：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-module26/ 
（3）《Linux2.6内核驱动移植参考》 
URL：http://blog.chinaunix.net/u1/40912/showart_377391.html 

以上就是对《Linux设备驱动程序（第3版）》的《第二章 构造和运行模块》的学习总结。


Linux设备驱动程序（2）-字符设备驱动程序
进入《Linux设备驱动程序（第3版）》第三章字符设备驱动程序的学习。
这一章主要通过介绍字符设备scull（Simple Character Utility for Loading Localities，区域装载的简单字符工具）的驱动程序编写，来学习Linux设备驱动的基本知识。scull可以为真正的设备驱动程序提供样板。


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主设备号和此设备号
主设备号表示设备对应的驱动程序；次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。


内核用dev_t类型（<linux/types.h>）来保存设备编号，dev_t是一个32位的数，12位表示主设备号，20为表示次设备号。


在实际使用中，是通过<linux/kdev_t.h>中定义的宏来转换格式。

 (dev_t)-->主设备号、次设备号
  MAJOR(dev_t dev)
 MINOR(dev_t dev)
 
 主设备号、次设备号-->(dev_t)
  MKDEV(int major,int minor) 
 


建立一个字符设备之前，驱动程序首先要做的事情就是获得设备编号。其这主要函数在<linux/fs.h>中声明：

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);//指定设备编号

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,
unsigned int count, char *name); //动态生成设备编号

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); //释放设备编号
 


分配之设备号的最佳方式是：默认采用动态分配，同时保留在加载甚至是编译时指定主设备号的余地。

以下是在scull.c中用来获取主设备好的代码：

if (scull_major) {
    dev = MKDEV(scull_major, scull_minor);
    result = register_chrdev_region(dev, scull_nr_devs, "scull");
} else {
    result = alloc_chrdev_region(&dev, scull_minor, scull_nr_devs,"scull");
    scull_major = MAJOR(dev);
}
if (result < 0) {
    printk(KERN_WARNING "scull: can't get major %d\n", scull_major);
    return result;
}
 

在这部分中，比较重要的是在用函数获取设备编号后，其中的参数name是和该编号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices和sysfs中。

看到这里，就可以理解为什么mdev和udev可以动态、自动地生成当前系统需要的设备文件。udev就是通过读取sysfs下的信息来识别硬件设备的.
(请看《理解和认识udev》
URL：http://blog.chinaunix.net/u/6541/showart_396425.html)


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一些重要的数据结构
大部分基本的驱动程序操作涉及及到三个重要的内核数据结构，分别是file_operations、file和inode，它们的定义都在<linux/fs.h>。


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字符设备的注册
内核内部使用struct cdev结构来表示字符设备。在内核调用设备的操作之前，必须分配并注册一个或多个struct cdev。代码应包含<linux/cdev.h>，它定义了struct cdev以及与其相关的一些辅助函数。

注册一个独立的cdev设备的基本过程如下：

1、为struct cdev 分配空间(如果已经将struct cdev 嵌入到自己的设备的特定结构体中，并分配了空间，这步略过！)

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

2、初始化struct cdev 

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops) 

3、初始化cdev.owner

cdev.owner = THIS_MODULE;

4、cdev设置完成，通知内核struct cdev的信息（在执行这步之前必须确定你对struct cdev的以上设置已经完成！）

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

从系统中移除一个字符设备：void cdev_del(struct cdev *p)

以下是scull中的初始化代码（之前已经为struct scull_dev 分配了空间）：

/*
 * Set up the char_dev structure for this device.
 */
static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev, int index)
{
    int err, devno = MKDEV(scull_major, scull_minor + index);
    cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops);
    dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
    dev->cdev.ops = &scull_fops;     

err = cdev_add (&dev->cdev, devno, 1);
    /* Fail gracefully if need be 这步值得注意*/
    if (err)
        printk(KERN_NOTICE "Error %d adding scull%d", err, index);
}
 


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2.4 scull模型的内存使用 

以下是scull模型的结构体：

/*
 * Representation of scull quantum sets.
 */
struct scull_qset {
    void **data;
    struct scull_qset *next;
};
struct scull_dev {
    struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */
    int quantum; /* the current quantum size */
    int qset; /* the current array size */
    unsigned long size; /* amount of data stored here */
    unsigned int access_key; /* used by sculluid and scullpriv */
    struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */
    struct cdev cdev;     /* Char device structure        */
};
 

scull驱动程序引入了两个Linux内核中用于内存管理的核心函数，它们的定义都在: 

void *kmalloc(size_t size, int flags);
void kfree(void *ptr);
 

以下是scull模块中的一个释放整个数据区的函数（类似清零），将在scull以写方式打开和scull_cleanup_module中被调用：

int scull_trim(struct scull_dev *dev)
{
   struct scull_qset *next, *dptr;
   int qset = dev->qset; /* 量子集中量子的个数*/
   int i;
   for (dptr = dev->data; dptr; dptr = next) { /* 循环scull_set个数次，直到dptr为NULL为止。*/
     if (dptr->data) {
        for (i = 0; i < qset; i++)/* 循环一个量子集中量子的个数次*/
            kfree(dptr->data[i]);/* 释放其中一个量子的空间*/
        kfree(dptr->data);/* 释放当前的scull_set的量子集的空间*/
        dptr->data = NULL;/*释放一个scull_set中的void **data指针*/
     }
      next = dptr->next; /* 准备下个scull_set的指针*/
      kfree(dptr);/* 释放当前的scull_set*/
   }
  dev->size = 0; /* 当前的scull_device所存的数据为0字节*/
  dev->quantum = scull_quantum;/* 初始化一个量子的大小*/
  dev->qset = scull_qset;/* 初始化一个量子集中量子的个数*/
  dev->data = NULL;/* 释放当前的scull_device的struct scull_qset *data指针*/
  return 0;
}
 

以下是scull模块中的一个沿链表前行得到正确scull_set指针的函数，将在read和write方法中被调用：

/*Follow the list*/
struct scull_qset *scull_follow(struct scull_dev *dev, int n)
{
  struct scull_qset *qs = dev->data;
  /* Allocate first qset explicitly if need be */
  if (! qs) {
     qs = dev->data = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);
        if (qs == NULL)
            return NULL; /* Never mind */
        memset(qs, 0, sizeof(struct scull_qset));
    }
    /* Then follow the list */
    while (n--) {
        if (!qs->next) {
            qs->next = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);
            if (qs->next == NULL)
                return NULL; /* Never mind */
            memset(qs->next, 0, sizeof(struct scull_qset));
        }
        qs = qs->next;
        continue;
    }
    return qs;
}
 

其实这个函数的实质是：如果已经存在这个scull_set，就返回这个scull_set的指针。如果不存在这个scull_set，一边沿链表为scull_set分配空间一边沿链表前行，直到所需要的scull_set被分配到空间并初始化为止，就返回这个scull_set的指针。 


open和release 
open方法提供给驱动程序以初始化的能力，为以后的操作作准备。应完成的工作如下：

(1)检查设备特定的错误（如设备未就绪或硬件问题）；

(2)如果设备是首次打开，则对其进行初始化；

(3)如有必要，更新f_op指针；

(4)分配并填写置于filp->private_data里的数据结构。

而根据scull的实际情况，他的open函数只要完成第四步（将初始化过的struct scull_dev dev的指针传递到filp->private_data里，以备后用）就好了，所以open函数很简单。但是其中用到了定义在<linux/kernel.h>中的container_of宏，源码如下：

#define container_of(ptr, type, member) ({            \
    const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
    (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
 

其实从源码可以看出，其作用就是：通过指针ptr，获得包含ptr所指向数据（是member结构体）的type结构体的指针。即是用指针得到另外一个指针。

release方法提供释放内存，关闭设备的功能。应完成的工作如下：

（1）释放由open分配的、保存在file->private_data中的所有内容；

（2）在最后一次关闭操作时关闭设备。

由于前面定义了scull是一个全局且持久的内存区，所以他的release什么都不做。


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read和write 
 read和write方法的主要作用就是实现内核与用户空间之间的数据拷贝。因为Linux的内核空间和用户空间隔离的，所以要实现数据拷贝就必须使用在<asm/uaccess.h>中定义的：