驅動學習筆記

一，知識結構 

二、驅動分類  可分為 ：字元驅動、塊裝置驅動、網絡裝置驅動

      字元裝置驅動以字元為通路機關(一個字元可能對應多個位元組)進行順序通路，不能随機讀取。

      塊裝置驅動：以塊為通路機關（塊可以在核心中進行配置），通常512位元組，或者更大的2的n次方。

                           塊裝置可以随機讀取。在linux中塊裝置也可以以位元組為機關進行通路，塊裝置跟字元裝置

                          主要差別是通路接口的不同，并且塊裝置可以随機通路。

     網絡裝置：網絡裝置是以網絡接口為通路對象的。可以是一個實體實體，也可以是存軟體，例如linux下的lo裝置是個存軟體的網絡裝置。

二、驅動的安裝方式

      1.驅動可以直接被編譯核心，也可以以子產品的方式安裝，驅動設計的模型跟核心子產品設計一樣，入口都為module_init(),出口為module_exit()；如果想要把驅動編譯進核心，需要配置相應的kconfig 跟config還有makefile檔案。

三、字元裝置驅動程式

      字元裝置驅動設計流程：

      裝置号：裝置号是一個unsigned 型，高12位為住裝置号，低20位為次裝置号，linux系統提供了major(dev_t num) ,minor(),mkdev(major,minor).來提取跟分離裝置号。其中，主裝置号是表明裝置類型，是建立應用程式跟裝置程式的紐帶，往往我們有一個産品中有多個一樣的裝置，那麼我們通常隻有一套驅動程式，一個主裝置号。通過不同的次裝置号來區分通路不同的實體接口。一個主+次裝置号對應一個裝置檔案。

      首先申請裝置号，可以通過 alloc_chdev_region(dev_t* dev，unsinged from ，unsigned count ，char* name）裝置方法動态申請裝置号，當然，也可以用函數 register_chdev_region(dev_t num,unsigned count,char*

name)來靜态注冊裝置号。在靜态注冊前需要通過cat /dev/ 來檢視目前沒有使用的裝置号，才能配置設定給我們的裝置，要不然，可能會産生裝置号重複，而使我們的裝置不能加載進核心。裝置登出時需要釋放裝置号unregister_chdev_region(dev_t num,int cout);

     2.裝置初始化申明結構體 struct cdev cdev（如果申明為指針在使用前要注意配置設定記憶體），定義結構體 struct file_operations file_ops=｛

.open = mem_open,

.read = mem_read,

.write = mem_write,

.ioctl = mem_ioctl,

.release = mem_release,

.llseek = mem_lseek,

｝;并初始化功能函數,為對功能函數初始化的，預設為null,

然後初始化裝置 init_cdev(&cdev,&file_ops),指定子產品所有者為子產品本身 cdev.owner = this_module;

初始化完成後，添加子產品：cdev_add(struct cdev* cdev,dev_t dev_num,unsigned count);此時，子產品注冊已經完成。

在裝置解除安裝時需要釋放子產品cdev_del(struct cdev* cdev);

3\需要注意的三個重要結構

    1.struct file 在打開檔案時由系統建立，代表目前打開檔案的相關讀寫資訊。在檔案關閉後釋放。重要成員 loff_t f_pos；目前讀寫位置，struct file_operations* f_op;

    2.struct innode 結構，表示檔案的實體資訊，一個檔案可以對應多個struct file 但隻能對應一個 struct innode。重要成員 dev_t ir_dev；

  3.struct file_operations 是一個函數指針集合，實作驅動相關函數。在裝置添加中，我們講 file_ops結構傳給了cdev結構，但如何再傳給struct file結構體的，還不明确，需要再深入研究。

   應用程式在調用庫函數fread時最後都會使用到系統調用read然後關聯vfs_read,最後将file_operation結構裡面的函數關聯起來。

   裝置檔案的建立：裝置檔案可以通過兩種方式建立，一種是手工建立裝置檔案 mknod name c major minor

另一種是自動建立裝置檔案，分三部完成：

struct class *myclass ；

class_create(this_module, “my_device_driver”);

device_create(myclass, null, mkdev(major_num, minor_num), null, “my_device”);

這樣的module被加載時，udev daemon（在嵌入式linux中是mdev，自動建立裝置節點實際上是應用層面進行的。 需要在busybox裡面配置号相關選項才可可以）就會自動在/dev下建立my_device裝置檔案。

我們在剛開始寫linux裝置驅動程式的時候，很多時候都是利用mknod指令手動建立裝置節點，實際上linux核心為我們提供了一組函數，可以用來在子產品加載的時候自動在 /dev目錄下建立相應裝置節點，并在解除安裝子產品時删除該節點，當然前提條件是使用者空間移植了udev。

核心中定義了struct class結構體，顧名思義，一個struct class結構體類型變量對應一個類，核心同時提供了class_create(…)函數，可以用它來建立一個類，這個類存放于sysfs下面，一旦建立好了這個類，再調用device_create(…)函數來在/dev目錄下建立相應的裝置節點。這樣，加載子產品的時候，使用者空間中的udev會自動響應

device_create(…)函數，去/sysfs下尋找對應的類進而建立裝置節點。

注意，在2.6較早的核心版本中，device_create(…)函數名稱不同，是class_device_create(…)，是以在新的核心中編譯以前的子產品程式有時會報錯，就是因為函數名稱 不同，而且裡面的參數設定也有一些變化。

其中，讀寫等，有從使用者空間向核心空間傳遞位址的，位址在使用前必須做有效性檢測（因為應用空間使用的是虛拟位址，有可能位址已經被釋放了）

檢測方法： _access_ok(void* start,)_access_ok(unsigned long addr, unsigned long size)

其中 copy_from_user(void*to ，void* from，size_t size），copy_to_user 都包含了參數檢測功能，但__puts_user(),__get_user(),函數并未做參數有效性檢測。 

file_operations 重要函數指針原型：

        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 (*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 **);

以上隻是一些基礎的講解方面初學者入門，以後将推出信号量，自旋鎖，異步通知等的文章。