嵌入式linux设备驱动编程

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1、嵌入式应用程序设计 第八章 嵌入式Linux设备驱动编程,2,8.1 设备驱动概述 8.2 字符设备驱动编程 8.3 GPIO驱动程序实例 8.4 4*4扫描按键驱动 8.5 小结 8.6 思考与练习,本章课程：,3,8.1.1 Linux设备驱动概述 设备驱动概念 操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备的，它为用户屏蔽了各种各样的设备，驱动硬件是操作系统最基本的功能，并且提供统一的操作方式。设备驱动程序是操作系统最基本的组成部分之一，在Linux内核源程序中也占有60%以上。因此，熟悉驱动的编写是很重要的。 Linux的一个重要特点就是将所有的设备都当做文件进行处理，这一类特殊文件就是设备

2、文件（通常在/dev目录下），这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作，这样就大大方便了对设备的处理。,8.1 设备驱动编程基础,4,8.1.1 Linux设备驱动概述 Linux系统的设备分为三类：字符设备、块设备和网络设备。 字符设备通常指像普通文件或字节流一样，以字节为单位顺序读写的设备， 如并口设备、虚拟控制台等。 块设备通常指一些需要以块为单位随机读写的设备，如IDE硬盘、SCSI硬盘、光驱等。 网络设备通常是指通过网络能够与其他主机进行数据通信的设备，如网卡等。,8.1 设备驱动编程基础,5,8.1.1 Linux设备驱动概述

3、设备驱动程序的特点 内核代码 内核接口 内核机制和服务 可装载 可设置 动态性,8.1 设备驱动编程基础,6,8.1.1 Linux设备驱动概述 设备驱动程序与整个软硬件系统的关系,8.1 设备驱动编程基础,7,8.1.2 Linux内核模块编程 设备驱动和内核模块 Linux设备驱动属于内核的一部分，Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载。 直接编译进Linux内核，随同Linux启动时加载； 编译成一个可加载和删除的模块。,8.1 设备驱动编程基础,8,8.1.2 Linux内核模块编程 模块相关命令 Lsmod 列出当前系统中加载的模块 Rmmod 用于将当前模块卸载。 in

4、smod和modprobe 用于加载当前模块,8.1 设备驱动编程基础,9,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （1）内核模块的程序结构 一个Linux内核模块主要由以下几个部分组成。 模块加载函数（必须） 模块卸载函数（必须） 模块许可证声明（必须 模块参数（可选） 模块导出符号（可选） 模块作者等信息声明（可选）,8.1 设备驱动编程基础,10,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （2）模块加载函数 static int _init initialization_function(void) /* 初始化代码 */ module_init(i

5、nitialization_function);,8.1 设备驱动编程基础,11,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （3）模块卸载函数 static void _exit cleanup_function(void) /* 释放代码 */ module_exit(cleanup_function); 通常来说，模块卸载函数要完成与模块加载函数相反的功能 若模块加载函数注册XXX，则模块卸载函数应该注销XXX。 若模块加载函数动态申请了内存，则模块卸载函数应释放该内存。 若模块加载函数申请了硬件资源（中断、DMA通道、I/O端口和I/O内存等)的占用，则模块卸载函数应释

6、放这些硬件资源。 若模块加载函数开启了硬件,则卸载函数中一般要关闭硬件。,8.1 设备驱动编程基础,12,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （4）模块参数 “module_param(参数名,参数类型,参数读/写权限)”为模块定义一个参数 static char *str_param = “Linux Module Program“; static int num_param = 4000; module_param(num_param, int, S_IRUGO); module_param(str_param, charp, S_IRUGO);,8.1 设备驱动编

7、程基础,13,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （5）导出符号 EXPORT_SYMBOL(符号名); EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名); （6）模块声明与描述 MODULE_AUTHOR(author); MODULE_DESCRIPTION(description); MODULE_VERSION(version_string); MODULE_DEVICE_TABLE(table_info); MODULE_ALIAS(alternate_name);,8.1 设备驱动编程基础,14,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （7）

8、模块的使用计数 Linux 2.4内核中，模块自身通过MOD_INC_USE_COUNT、MOD_DEC_USE_COUNT宏来管理自己被使用的计数。 Linux 2.6内核提供了模块计数管理接口try_module_get( 该函数用于减少模块使用计数。,8.1 设备驱动编程基础,15,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （8）模块编译 我们可以为HelloWorld模块程序编写一个简单的Makefile，如下所示： obj-m := hello.o 并使用如下命令编译HelloWorld模块，如下所示： $ make -C /usr/src/linux-2.6.15

9、.5/ M=/driver_study/ modules 如果当前处于模块所在的目录，以下命令与上述命令同等： $ make C /usr/src/linux-2.6.15.5 M=$(pwd) modules,8.1 设备驱动编程基础,16,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 （9）模块与GPL 对于自己编写的驱动等内核代码，如果不编译为模块则无法绕开GPL，编译为模块后企业在产品中使用模块。 在内核编译时应该选上“Enable loadable module support”，嵌入式产品一般不需要动态卸载模块，所以“可以卸载模块”不用选，当然选了也没关系，如果有项目

10、被选择“M”，则编译时除了make bzImage以外，也要make modules。 将我们编译的内核模块.ko文件放置在目标文件系统的相关目录中。 产品的文件系统中应该包含了支持新内核的insmod、lsmod、rmmod等工具，由于嵌入式产品中一般不需要建立模块间依赖关系，所以modprobe可以不要，一般也不需要卸载模块，所以rmmod也可以不要。 在使用中用户可使用insmod命令手动加载模块，如insmod xxx.ko。 但是一般而言，产品在启动过程中应该加载模块，在嵌入式Linux的启动过程中，加载企业自己的模块的最简单的方法是修改启动过程的rc脚本，增加insmod /./x

11、xx.ko这样的命令。,8.1 设备驱动编程基础,17,8.1.2 Linux内核模块编程 Linux内核模块编程 内核模块示例,8.1 设备驱动编程基础,18,8.2.1字符设备驱动编写流程,8.2 字符设备驱动编程,19,8.2.2 重要数据结构 file_operations struct file_operations loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp); ssize_t (*w

12、rite) (struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp); 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

13、vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*check_media_change) (kdev_t dev); int (*revalidate) (kdev_t dev)

14、; int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ;,8.2 字符设备驱动编程,20,8.2.2 重要数据结构 struct inode结构提供了关于设备文件/dev/driver（假设此设备名为driver）的信息，file结构提供关于被打开的文件信息，主要用于与文件系统对应的设备驱动程序使用。 struct file mode_t f_mode;/*标识文件是否可读或可写，FMODE_READ或FMODE_WRITE*/ dev_t f_rdev; /* 用于/dev/tty */ off_t f_pos; /* 当前文件位移

15、*/ unsigned short f_flags; /* 文件标志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC */ unsigned short f_count; /* 打开的文件数目 */ unsigned short f_reada; struct inode *f_inode; /*指向inode的结构指针 */ struct file_operations *f_op;/* 文件索引指针 */ ;,8.2 字符设备驱动编程,21,8.2.3设备驱动程序主要组成 1.早期版本的字符设备注册 register_chrdev() unregister_chrdev(),8.2

16、 字符设备驱动编程,22,8.2.3设备驱动程序主要组成 1.早期版本的字符设备注册 unregister_chrdev(),8.2 字符设备驱动编程,23,8.2.3设备驱动程序主要组成 2.设备号相关函数 获取设备号 MAJOR(dev_t dev); /*获得主设备号*/ MINOR(dev_t dev); /*获得次设备号*/ MKDEV(int major, int minor); 设备注册于注销,8.2 字符设备驱动编程,24,8.2.3设备驱动程序主要组成 2.设备号相关函数 获取设备号 MAJOR(dev_t dev); /*获得主设备号*/ MINOR(dev_t dev); /*获得次设备号*/ MKDEV(int major, int minor); 设备注册于注销,8.2 字符设备驱动编程,25,8.2.3设备驱动程序主要组成 3.新版本设备注册,8.2 字符设备驱动编程,26,8.2.3设备驱动程序主要组成 4.打开设备 int (*open) (struct