一、初识驱动

一、初识驱动

（1）Linux驱动 = 软件框架 + 硬件操作

（2）应用程序打开的文件在内核中的表示

2.1

应用程序打开文件时，可以得到一个文件句柄（一般用整数表示），并且对于每一个文件句柄内核中都有一个"struct file"与之对应。

struct file {
    /*
     * fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via
     * fu_rcuhead for RCU freeing
     */
    union {
        struct list_head    fu_list;
        struct rcu_head     fu_rcuhead;
    } f_u;
    struct path     f_path;
#define f_dentry    f_path.dentry
#define f_vfsmnt    f_path.mnt
    const struct file_operations    *f_op;
    atomic_t        f_count;
    unsigned int        f_flags;
    mode_t          f_mode;
    loff_t          f_pos;
    struct fown_struct  f_owner;
    unsigned int        f_uid, f_gid;
    struct file_ra_state    f_ra;
​
    unsigned long       f_version;

使用 open 打开文件时，传入的 flags、mode 等参数会被记录在内核中对应的 "struct file" 结构体里(f_flags、f_mode)。

读写文件时，文件的当前偏移地址也会保存在 "struct file"结构体的 f_pos 成员中。

2.2

打开字符设备节点时，内核中也有对应的 "struct file"，驱动程序提供的"struct file_operations *f_op"至关重要，"f_op"根据主设备号找到 "struct file_operations *f_op"。

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 *);
    int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
    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 *, struct dentry *, 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 (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
    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 (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
    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);
};

（3）驱动框架

（1）确定主设备号

（2）定义 file_operations 结构

（3）实现对应的 drv_open()/drv_read()/drv_write() 等函数，填入 file_operations 结构体

（4） 把 file_operations 结构体告诉内核：register_chrdev ()

（5） 注册驱动程序，安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 module_init()

（6） 出口函数module_exit()，卸载驱动程序时，出口函数调用 unregister_chrdev ()

（7）其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点：class_create(), device_create()

（4）驱动框架

 

#include <linux/module.h>
​
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
​
/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static char kernel_buf[1024];
static struct class *hello_class; //创建类
​
​
#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)
​
/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 
    file 目标文件结构体指针
    buf 要读出文件的信息缓冲区
    size 要读出信息的长度
    offset 当前的偏移位置，这个值通常是用来判断写文件是否越界
*/
static ssize_t hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));//驱动程序与应用程序之间数据传递
    return MIN(1024, size);
}
​
static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));
    return MIN(1024, size);
}
/* 
    node 表示具体的文件
    file 文件运行时的状态信息
*/
static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}
​
static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}
​
/* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations hello_drv = {
    .owner   = THIS_MODULE, //驱动装载成功后阻止被卸载
    .open    = hello_drv_open,
    .read    = hello_drv_read,
    .write   = hello_drv_write,
    .release = hello_drv_close,
};
​
/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 5. 入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init hello_init(void)
{
    int err;
    
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);  /* 0表示系统分配主设备号/dev/hello */
​
    /*创建类,它会在sys目录下创建hello_class这个类*/   
    hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");
    
    
    err = PTR_ERR(hello_class);
    if (IS_ERR(hello_class)) {
        printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        unregister_chrdev(major, "hello");
        return -1;
    }
    /*创建类设备,它会在hello_class类下创建hello设备,然后mdev通过这个自动创建/dev/hello这个设备节点*/
    device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */
    
    return 0;
}
​
/* 6. 卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数           */
static void __exit hello_exit(void)
{
    printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(hello_class);
    unregister_chrdev(major, "hello");
}
​
​
/* 7. 其他完善：提供设备信息，                                    */
​
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
​
MODULE_LICENSE("GPL");

 测试程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./hello_drv_test -w abc
 * ./hello_drv_test -r
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	char buf[1024];
	int len;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc < 2) 
	{
		printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]);
		printf("       %s -r\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	/* 2. 打开文件 */
	fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file /dev/hello\n");
		return -1;
	}

	/* 3. 写文件或读文件 */
	if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3))
	{
		len = strlen(argv[2]) + 1; //要写入文件的大小
		len = len < 1024 ? len : 1024;
		write(fd, argv[2], len); //写入文件
	}
	else
	{
		len = read(fd, buf, 1024);//读出文件		
		buf[1023] = '\0';
		printf("APP read : %s\n", buf);
	}
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

上机测试：

　　装载驱动

　　
​
​　测试驱动：

　　
​