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主題:Linux驅動程序開發_例解

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wangxinxin
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Linux驅動程序開發_例解  發帖心情 Post By:2010-11-24 10:00:55

一.基本知識


1.  驅動分類


字符設備character device:采用字符流方式訪問的設備,如字符終端,串口,一般順序訪問,但也可以前后移動訪問指針,如幀捕捉卡


塊設備Block device:采用數據塊方式訪問的設備,如磁盤等,可以隨意移動訪問。和字符設備的差異在于內核內部管理數據的方式,如采用緩存機制等。并必須支持 mount文件系統


上兩者通過mknod來創建設備并使用


網絡接口 network interface:數據包傳輸方式訪問的設備,和上兩者不同。通過ifconfig來創建和配置設備。網絡驅動同塊驅動最大的不同在于網絡驅動異步接受外界數據,而塊驅動只對內核的請求作出響應。


其他other總線類,如USB, PCI, SCSI等,/proc接口等,一般同其他驅動聯合使用


2.  模塊


Linux下驅動以模塊的方式展現,可以單獨作為模塊在運行時同內核連接,也可以直接連接進內核。模塊同內核版本密切相關。通過模塊計數來維持生命周期,確定是否可卸載。/proc/modules保存了當前連接入內核的模塊信息。


模塊和應用程序的差異:


模塊運行在內核空間,應用程序在用戶空間


模塊只能使用內核導出的函數,不能使用其他函數庫,包括glibc庫。


模塊必須考慮到并發,所以代碼都必須是可重入的。


3.  資源


模塊需要申請資源(I/O端口,I/O內存,DMA通道,中斷等)


/proc下的ioports,iomem,dma,interrupts列出了已注冊的資源


4.  設備


設備一般是采用設備文件方式,處于/dev下,但也并非一定需要,如網卡就沒有。每個設備有設備名稱,主設備號和次設備號。主設備號標識設備對應的驅動程序,驅動程序需要向系統注冊一個主設備號。次設備號區分具體設備,由驅動程序管理。


5.  中斷處理


驅動通過request_irq和free_irq來申請和釋放中斷號。


調用request_irq的正確位置應該是在設備第一次打開,硬件被告知產生中斷之前;調用free_irq的正確位置應該是在最后一次關閉設備,硬件被告知不要再中斷處理之后。這種方式需要為每個設備保存一個打開計數。


中斷處理函數的限制


(1)       在中斷發生時運行,不能向用戶空間發送和接受數據,因為它不是在任何進程上下文執行的


(2)       不能做任何可能發生睡眠的操作,如sleep_on,使用不帶GFP_ATOMIC標志的分配內存操作,或鎖定一個信號量等


(3)       不能調用schedule函數


技巧:


執行時間盡量短,長時間計算采用tasklet或任務隊列方式。一般采用Top half和Bottom half方式。Top half是實際中斷處理例程,盡量短。Bottom half是一個被Top half調度,并在稍后更安全時執行的例程,一般用tasklet方式


典型情況為:頂半部程序保存設備數據到一個設備特定緩存區并調度它的底半部,并且退出。底半部執行其他必要工作,如喚醒進程,啟動其他I/O操作等,此時所有的中斷都處于啟用狀態。但底半部程序也受同樣中斷處理函數的限制


具體中斷個數以及中斷號分配等,和具體CPU相關,要參見CPU說明。每個中斷都會有中斷掩碼位(該中斷是否有效,enable_irq/disable_irq就修改該位),中斷懸掛位(該中斷是否生成),中斷優先級(該中斷的優先級)





二.模塊函數


Init_module初始化函數,注冊模塊,連接到內核時被調用


Clean_module卸載函數,Init_module的逆操作,撤消所有注冊,從內核中移出時調用


(常用方式是自定義初始化/卸載函數,使用module_init(my_init),module_exit(my_cleanup)來聲明,使得直接連接進內核的驅動更容易編寫,因為內核中每個驅動的初始化/卸載函數為不同名字)


驅動可以提供的其他函數,通過file_operations結構,常用的有


open打開設備,應該是對設備的第一個操作函數。如為NULL,則所有調用都成功


release關閉設備,在文件結構被釋放。只有當設備文件的所有拷貝都被釋放時,才進行release調用,而不是每次應用調close時都執行。同open一樣,也可以為NULL


read 用來從設備接受數據。


write用來往設備發數據


ioctl是用來給設備發送命令的接口函數


mmap用來請求將設備內存映射到進程空間


poll是兩個系統調用poll和select的背后支撐。如果驅動未ㄒ澹蚣偕梟璞訃瓤啥劣摯尚礎?/P>



三.建議的一些技巧


1.在線參考Linux內核源碼,通過“The Linux Cross-Reference project ”站點,如http://www.iglu.org.il/lxr/blurb.html,http://lxr.linux.no/,很方便查找各個Identifie


2.就是根據具體硬件功能,參考相類似的驅動,進行修改。Linux下開發的好處就在于源碼共享,各種硬件基本上都能找到類似功能的驅動源碼,在Linux提供的較可靠的驅動上進行修改,有利于提高開發效率和驅動的可靠性。首先采用模塊方式進行調試,在調試好后根據具體情況考慮是否直接連接到內核中。


3.其他技巧包括:


多用printk打印調試信息,內核調試需要掌握日志調試技術


掌握內核定時器和tasklet,這兩個也是驅動中常用的


自旋鎖的使用,規范的驅動都使用自旋鎖,即使在單處理器情況下仍考慮到并發處理,并要注意如在中斷處理函數中使用spin_lock和spin_unlock,此時在非中斷函數中必須使用spin_lock_irqsave或spin_lock_irq等禁用中斷的版本,以防死鎖

4.手中一本驅動開發必備之Linux Device Drivers 2nd的中文版或英文版

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