字符设备驱动

1 引言

• APP：open("/dev/xxx")，read，write　　　　——　　设备字符驱动文件包含属性、主设备号和次设备号
• C Library
• System call interface
• 内核：根据文件类型为字符设备，查找字符设备。根据主设备号查找file_operation；
• 根据调用类型，选择不同的操作函数；

2 简单驱动程序

• a. 定义file_operations结构体，然后填充该结构体，构造底层驱动函数；其中file_operations结构体定义在\include\linux\fs.h中。
• b. 使用register_chrdev(主设备号，名字，结构体file_operations)在内核中注册该字符设备驱动；
• c. 定义驱动入口函数fun1/fun2...，调用注册函数register_chrdev()；
• d. 用宏module_init(fun1)，在内核中注册该字符设备；
• e. 出口函数funx()调用unregister_chrdev();
• f. 用宏module_exit(funx)，从内核卸载该字符设备。

注：

• APP调用接口时，调用字符设备时，主设备号查找外设类型。
• Makefile基于内核编写，make后生成xxx.ko文件。
• 使用insmod xxx.ko命令加载驱动；使用rmmod xxx卸载驱动；
• 使用mknod /dev/xxx c 主设备号 次设备号创建字符设备；也可以使用程序class_create()/class_device_create()创建设备节点。
• APP使用open("/dev/xxx"，O_RWD)命令打开设备文件。

调试心得：

　　1. Makefile文件中M=`pwd`语句，需要使用键盘按键中的~键，而不是“键；

3 查询机制

• 软件框架
• 操作硬件寄存器：将虚拟地址用ioremap()映射为物理地址，用iounmap()解除映射。
• 使用copy_from_user从用户空间拷贝数据，使用copy_to_user拷贝数据到用户空间。

4 中断机制

• 硬件中断信号产生；
• CPU发生中断，跳到中断异常地址；
• 调用中断处理函数，保存被中断现场，处理中断信号，恢复中断现成，退出
• 中断。

注：

　　使用request_irq()函数注册中断；

　　使用exe 5</dev/xxxx命令打开中断；

　　使用exec 5<&-命令关闭中断；

　　使用free_irq()函数释放中断。

　　wait_event_interruptible(wq, condition)函数使程序休眠

　　wake_up_interruptible()唤醒程序

5 Polling机制

　　在file_operations中定义一个poll的成员；

　　在poll函数中调用poll_wait()；

内核：

　　- sys_poll

　　　　- poll_initwait()

　　　　　　- init_poll_funcptr()

　　　　　　　　- __pollwait　　将poll_wait的对象插入到poll队列中

　　　　- do_poll()

　　　　　　- do_pollfd()

　　　　　　- 判断是否满足条件，如果满足，直接break

　　　　　　- schedule_timeout()　　定时休眠

Poll函数用法：

　　include <poll.h>

　　调用poll()函数

 6 异步通知

使用signal()框架：

应用程序：注册信号处理函数；

　　调用signal(SIGIO, fun_pointer)

　　调用open()函数，打开设备；

　　调用fcntl(fd, F_SETOWN, pid)函数，告知驱动程序进程ID；

　　调用oflags = fcntl(fd, F_GETFL)；

　　调用fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC)；改变fasync标记，最终调用驱动初始化或释放fasync：初始化/释放fasync_struct.

驱动程序：

　　file_operations函数注册fasync系统调用，在该系统调用中初始化发信号时结构体fp;

中断：

　　按键触发中断；

　　调用kill_fasync(fp, sig, band)函数发送信号到应用层；

7 同步、互斥和阻塞

 原子操作框架：

　　atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);　　定义原子变量v并初始化为0

　　automic read(atomic_t *v);　　　　返回原子变量的值

　　void atomic_inc(atomic_t *v);　　　原子变量增加1

　　void atomic_dec(atomic_t *v);　　　原子变量减少1

　　int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);　　自减操作后测试其是否为0，为0则返回true，否则返回false。

信号量：

　　定义信号量

　　　　struct semaphore sem;

　　初始化信号量

　　　　void sema_init(struct semaphore *sem, int val);

　　　　void init_MUTEX(struct semaphore *sem);

 

　　　　static DECLARE_MUTEX(button_lock);　　/*定义信号量并初始化*/

　　获得信号量

　　　　void down(struct semaphore *sem);

　　　　int down_interruptible(struct semaphore *sem);

　　　　int down_trylock(struct semaphore *sem);

　　释放信号量

　　　　void up(struct semaphore *sem);

阻塞

8 定时中断

1. 定义结构体timer_list

2. 在驱动入口函数中调用init_timer()，并且设置如下成员：

　　function：中断函数，

　　expires：设置中断定时时间（若不设置，默认为0，会立即进入一次中断处理函数），

　　data：中断处理函数输入参数。

3. 调用add_timer()函数将定时器注册到内核中；

4. 调用mod_timer()，设置定时器超时时间：系统当前时间jiffies+超时时间。