《模块驱动实验指导》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块驱动实验指导（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内核驱动设计入门模块方式驱动实验一、实验目的一、实验目的学习在 LINUX 下进行驱动设计的原理 掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程二、实验内容二、实验内容在 PC 机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现,分析并理解驱动与应用程序的交互过程。三、预备知识三、预备知识有 C 语言基础。 掌握在 Linux 下常用编辑器的使用。 掌握 Makefile 的编写和使用。 掌握 Linux 下的程序编译与交叉编译过程。 有驱动开发的基本知识。四、实验设备及工具四、实验设备及工具硬件：PC 机 Pentium 500 以上, 硬盘 40G 以上,内存大于 128M。
2、软件：PC 机操作系统 REDHAT LINUX 9.0 MINICOM AMR-LINUX 开发环境五、实验原理五、实验原理Linux 中的驱动设计是嵌入式 Linux 开发中十分重要的部分，它要求开发者不仅要熟悉Linux 的内核机制、驱动程序与用户级应用程序的接口关系、考虑系统中对设备的并发操作等等，而且还要非常熟悉所开发硬件的工作原理。这对驱动开发者提出了比较高的要求，这个实验主要是给大家进入驱动设计提供一个简单入门的一个实例，并不需要提供太多与硬件相关的内容，这部分应该是通过仔细阅读芯片厂家提供的资料来解决。驱动程序的作用是应用程序与硬件之间的一个中间软件层，驱动程序应该为应用程序展
3、现硬件的所有功能，不应该强加其他的约束，对于硬件使用的权限和限制应该由应用程序层控制。但是有时驱动程序的设计是跟所开发的项目相关的，这时就可能在驱动层加入一些与应用相关的设计考虑，主要是因为在驱动层的效率比应用层高，同时为了项目的需要可能只强化或优化硬件的某个功能，而弱化或关闭其他一些功能；到底需要展现硬件的哪些功能全都由开发者根据需要而定。驱动程序有时会被多个进程同时使用，这时我们要考虑如何处理并发的问题，就需要调用一些内核的函数使用互斥量和锁等机制。驱动程序主要需要考虑下面三个方面：提供尽量多的选项给用户，提高驱动程序的速度和效率，尽量使驱动程序简单，使之易于维护。Linux 的驱动开发调
4、试有两种方法，一种是直接编译到内核，再运行新的内核来测试；二是编译为模块的形式，单独加载运行调试。第一种方法效率较低，但在某些场合是唯一的方法。模块方式调试效率很高，它使用 insmod 工具将编译的模块直接插入内核，如果出现故障，可以使用 rmmod 从内核中卸载模块。不需要重新启动内核，这使驱动调试效率大大提高。我们的实验在 PC 机和 UP-NETARM2410-S 上都可以运行，编译时使用不同的编译器就可以了。1.驱动程序与应用程序的区别应用程序一般有一个 main 函数，从头到尾执行一个任务；驱动程序却不同，它没有 main函数，通过使用宏 module_init(初始化函数名);
5、将初始化函数加入内核全局初始化函数列表中，在内核初始化时执行驱动的初始化函数，从而完成驱动的初始化和注册，之后驱动便停止等待被应用软件调用。驱动程序中有一个宏 moudule_exit(退出处理函数名)注册退出处理函数。它在驱动退出时被调用。应用程序可以和 GLIBC 库连接，因此可以包含标准的头文件，比如 ,在驱动程序中是不能使用标准 C 库的，因此不能调用所有的 C 库函数，比如输出打印函数只能使用内核的 printk 函数，包含的头文件只能是内核的头文件，比如。2.内核版本与编译器的版本依赖当模块与内核链接时，insmod 会检查模块和当前内核版本是否匹配，每个模块都定义了版本符号_mo
6、dule_kernel_version,这个符号位于模块文件的 ELF 头的.modinfo 段中。只要在模块中包含，编译器就会自动定义这个符号。每个内核版本都需要特定版本的编译器的支持，高版本的编译器并不适合低版本的内核，比如 UP-NETARM2410-S 实验仪中的 LINUX-2.4.19 的内核需要 2.95.3 的 GCC 版本编译器。Linux-2.4 版本的 insmod 命令装载模块时，首先从/lib/modules 目录和内核相关的子目录中查找模块文件，如果需要从当前目录装载，使用 insmod module.o。3.主设备号和次设备号传统方式中的设备管理中,除了设备类型外
7、,内核还需要一对称作主次设备号的参数,才能唯一标识一个设备。主设备号相同的设备使用相同的驱动程序，次设备号用于区分具体设备的实例。比如 PC 机中的 IDE 设备，一般主设备号使用 3，WINDOWS 下进行的分区，一般将主分区的次设备号为 1，扩展分区的次设备号为 2、3、4，逻辑分区使用 5、6.。设备操作宏 MAJOR()和 MINOR()可分别用于获取主次设备号，宏 MKDEV()用于将主设备号和次设备号合并为设备号，这些宏定义在 include/linux/kdev_t.h 中。对于 LINUX 中对设备号的分配原则可以参考 Documentation/devices.txt。对于查
8、看/dev 目录下的设备的主次设备号可以使用如下命令：/mnt/yaffsls /dev -l crw- 1 root root 5, 1 Jan 1 00:00 console crw- 1 root root 5, 64 Jan 1 00:00 cua0 crw- 1 root root 5, 65 Jan 1 00:00 cua1 crw-rw-rw- 1 root root 1, 7 Jan 1 00:00 full drwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 keyboard crw-r- 1 root root 1, 2 Jan 1 00:00 kme
9、mcrw-r- 1 root root 1, 1 Jan 1 00:00 memdrwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 mtddrwxr-xr-x 1 root root 0 Jan 1 00:00 mtdblockcrw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Jan 1 00:00 nullcrw-r- 1 root root 1, 4 Jan 1 00:00 portcrw- 1 root root 108, 0 Jan 1 00:00 pppcrw-rw-rw- 1 root root 5, 2 Jan 1 00:00 ptmxcrw-r-r-
10、 1 root root 1, 8 Jan 1 00:00 randomlr-xr-xr-x 1 root root 4 Jan 1 00:00 root - rd/0crw-rw-rw- 1 root root 5, 0 Jan 1 00:00 ttycrw- 1 root root 4, 64 Jan 1 00:11 ttyS0crw- 1 root root 4, 65 Jan 1 00:00 ttyS1crw-r-r- 1 root root 1, 9 Jan 1 00:00 urandomcrw-rw-rw- 1 root root 1, 5 Jan 1 00:00 zero4.设备
11、文件设备类型、主次设备号是内核与设备驱动程序通信时所使用的，但是对于开发应用程序的用户来说比较难于理解和记忆，所以 Linux 使用了设备文件的概念来统一对设备的访问接口，在引入设备文件系统（devfs）之前 Linux 将设备文件放在/dev 目录下，设备的命名一般为设备文件名数字或字母表示的子类，例如/dev/hda1、/dev/hda2 等。在 Linux2.4 内核中引入了设备文件系统（devfs） ，所有的设备文件作为一个可以挂装的文件系统，这样就可以被文件系统进行统一管理，从而设备文件就可以挂装到任何需要的地方。命名规则也发生了变化，一般将主设备建立一个目录，再将具体的子设备文件建
12、立在此目录下。比如在 UP-NETARM2410-S 中的 MTD 设备为：/dev/mtdblock/0。5.设备驱动程序接口通常所说的设备驱动程序接口是指结构 file_operations，它定义在include/linux/fs.h 中。file_operations 数据结构说明数据结构说明struct file_operations struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);s
13、size_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, 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);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_stru
14、ct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*readv) (str
15、uct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);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,
