一个简单的字符驱动程序

以你之姓@ 2022-07-15 06:25 101阅读 0赞

一、背景

为了了解设备驱动程序的框架，在此编写一个简单的字符驱动程序，以此来对驱动程序的框架进行一个简单的了解。

二、设备驱动程序

所谓设备驱动程序，其实就是计算机硬件与外部设备进行通信的接口。由于硬件设备各式各样，有了设备驱动程序，应用程序就可以不用在意设备的具体细节，而方便的与外部设备进行通信。从外部设备读取数据，或是将数据写入外部设备，即对设备进行控制。

三、设备驱动程序框架

设备的种类繁多是可想而知的，所以设备的驱动程序也是各式各样。由此需要建立一个统一的规范：SVR4（Unix System V Rlease 4）提出了DDI/DKI（Driver-Device Interface/Driver-Kernel Interface）规范。*这个SVR4*是UNIX操作系统的一种内核标准。

规范分为以下三个部分：

1、驱动程序与内核的接口

2、驱动程序与设备的接口

3、驱动程序与系统引导的接口

其中，驱动程序与内核的接口是通过数据结构file\_opration完成的。驱动程序与设备的接口描述了驱动程序如何与设备交互，这与具体的设备是密切相关的。驱动程序与系统引导的接口其实就是驱动程序对设备进行初始化。

四、简单的字符驱动程序

我这里直接将我编写的字符驱动程序展示出来，然后对其进行分析：

\#include<linux/init.h>  
\#include<linux/module.h>  
\#include<linux/types.h>  
\#include<linux/fs.h>  
\#include<linux/mm.h>  
\#include<linux/sched.h>  
\#include<linux/cdev.h>  
\#include<asm/io.h>  
\#include<asm/switch\_to.h>  
\#include<asm/uaccess.h>  
\#include<linux/kernel.h>  
  
MODULE\_LICENSE("GPL");  
  
\#define MYCDEV\_MAJOR 231  
\#define MYCDEV\_SIZE 1024  
  
static int mycdev\_open(struct inode \*inode,struct file \*fp)  
\{  
  return 0;  
\}  
  
static int mycdev\_release(struct inode \*inode,struct file \*fp)  
\{  
  return 0;  
\}  
  
static ssize\_t mycdev\_read(struct file \*fp,char \_\_user \*buf,size\_t size,loff\_t \*pos)  
\{  
  unsigned long p = \*pos;  
  unsigned int count = size;  
  char kernel\_buf\[MYCDEV\_SIZE\] = "This is mycdev!";  
  int i;  
  
  if(p >= MYCDEV\_SIZE)  
    return -1;  
  if(count > MYCDEV\_SIZE)  
    count = MYCDEV\_SIZE - p;  
  if(copy\_to\_user(buf,kernel\_buf,count) != 0)\{  
      printk("read error!\\n");  
  
      return -1;  
    \}  
  
  printk("reader:%d bytes was read...\\n",count);  
  return count;  
\}  
  
static ssize\_t mycdev\_write(struct file \*fp,const char \_\_user \*buf,size\_t size,loff\_t \*pos)  
\{  
  return size;  
\}  
  
static const struct file\_operations mycdev\_fops =  
\{  
  .owner = THIS\_MODULE,  
  .read = mycdev\_read,  
  .write = mycdev\_write,  
  .open = mycdev\_open,  
  .release = mycdev\_release,  
\};  
  
static int \_\_init mycdev\_init(void)  
\{  
  int ret;  
  
  printk("mycdev module is starting..\\n");  
  
  ret = register\_chrdev(MYCDEV\_MAJOR,"my\_cdev",&mycdev\_fops);  
  if(ret < 0)  
  \{  
    printk("register failed..\\n");  
    return 0;  
  \}  
  else  
  \{  
    printk("register success..\\n");  
  \}  
  return 0;  
\}  
  
static void \_\_exit mycdev\_exit(void)  
\{  
  printk("mycdev module is leaving..\\n");  
  unregister\_chrdev(MYCDEV\_MAJOR,"my\_cdev");  
\}  
  
module\_init(mycdev\_init);  
module\_exit(mycdev\_exit);  
  
    首先看一下file\_operation结构体，此结构体是该驱动程序的核心。它给出了对文件操作的函数的定义。当然，具体的实现函数是留给驱动程序编写的。

struct file\_operations \{  
 struct module \*owner;  
 loff\_t (\*llseek) (struct file \*, loff\_t, int);  
 ssize\_t (\*read) (struct file \*, char \_\_user \*, size\_t, loff\_t \*);  
 ssize\_t (\*write) (struct file \*, const char \_\_user \*, size\_t, loff\_t \*);  
 ssize\_t (\*aio\_read) (struct kiocb \*, const struct iovec \*, unsigned long, loff\_t);  
 ssize\_t (\*aio\_write) (struct kiocb \*, const struct iovec \*, unsigned long, loff\_t);  
 int (\*readdir) (struct file \*, void \*, filldir\_t);  
 unsigned int (\*poll) (struct file \*, struct poll\_table\_struct \*);  
 long (\*unlocked\_ioctl) (struct file \*, unsigned int, unsigned long);  
 long (\*compat\_ioctl) (struct file \*, unsigned int, unsigned long);  
 int (\*mmap) (struct file \*, struct vm\_area\_struct \*);  
 int (\*open) (struct inode \*, struct file \*);  
 int (\*flush) (struct file \*, fl\_owner\_t id);  
 int (\*release) (struct inode \*, struct file \*);  
 int (\*fsync) (struct file \*, loff\_t, loff\_t, int datasync);  
 int (\*aio\_fsync) (struct kiocb \*, int datasync);  
 int (\*fasync) (int, struct file \*, int);  
 int (\*lock) (struct file \*, int, struct file\_lock \*);  
 ssize\_t (\*sendpage) (struct file \*, struct page \*, int, size\_t, loff\_t \*, int);  
 unsigned long (\*get\_unmapped\_area)(struct file \*, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);  
 int (\*check\_flags)(int);  
 int (\*flock) (struct file \*, int, struct file\_lock \*);  
 ssize\_t (\*splice\_write)(struct pipe\_inode\_info \*, struct file \*, loff\_t \*, size\_t, unsigned int);  
 ssize\_t (\*splice\_read)(struct file \*, loff\_t \*, struct pipe\_inode\_info \*, size\_t, unsigned int);  
 int (\*setlease)(struct file \*, long, struct file\_lock \*\*);  
 long (\*fallocate)(struct file \*file, int mode, loff\_t offset,  
     loff\_t len);  
 int (\*show\_fdinfo)(struct seq\_file \*m, struct file \*f);  
\};

此结构体对文件操作的函数给出了定义。种类繁多。

我们这里的file\_operation结构体进行初始化时仅初始化了4个函数。这些使用的函数在程序的前半部分已经给出了定义。

五、调试程序

由于编写的是内核模块，所以需要用make进行编译。这个我在之前的博客已经写过如何编写Makefile文件。编译完毕后将模块插入。

然后，通过cat /proc/devices来看系统中未使用的字符设备主设备号，我这里看到的是my\_cdev，对应的是231号。

接下来使用mknod命令创建设备文件结点，然后用chmod命令修改权限为777。此时设备就可以使用了。

这里我们需要注意一下/proc/devices与/dev下的显示的设备的不同之处。

在/proc/devices下，显示的是驱动程序生成的设备及其主设备号。其中主设备号可用来让mknod作为参数。

在/dev下的设备是mknod生成的设备，其中，用户通过使用/dev下的设备名来使用设备。

六、编写用户态测试程序

\#include<stdio.h>  
\#include<sys/types.h>  
\#include<sys/stat.h>  
\#include<fcntl.h>  
\#include<stdlib.h>  
\#include<unistd.h>  
  
int main()  
\{  
  int testdev;  
  int i,ret;  
  char buf\[10\];  
  
  testdev = open("/dev/mycdev",O\_RDWR);  
  if(testdev == -1)\{  
    printf("connot open file..\\n");  
    exit(1);  
  \}  
  if((ret = read(testdev,buf,10)) <10)\{  
    printf("read error!\\n");  
    exit(1);  
  \}  
  for(i=0;i<10;i++)  
    printf("%d\\n",buf\[i\]);  
  
  close(testdev);  
  
  return 0;  
\}  
    这个程序没什么好说的。

七、运行结果

插入模块后查看日志信息：

![20161106220810306][]

运行测试程序：

![20161106221130714][]

这里我们看到，它输出了数组的前十个字节，对应着：This is my

查看日志信息：

![20161106221236524][]

这个我们看到，驱动也打印出了一段文字，十个字节被读取。

卸载模块：

![20161106222316609][]

八、总结

这里只是简单的介绍了一下设备驱动程序的框架，作为一个对驱动程序的简单了解。

[20161106220810306]: /images/20220715/a91a3055359d4967ab046ee3016fa5a5.png
[20161106221130714]: /images/20220715/a36942da719448f1ad5ea84ea143bab2.png
[20161106221236524]: /images/20220715/d914cc16133d4555968d70fe20ec8ffa.png
[20161106222316609]: /images/20220715/c045cdfaeac14d958fd5a1f5b5efd021.png