嵌入式系统设计-李秀娟-课件-第8章

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1、第8章 设备驱动程序开发,驱动激励硬件设备开启， 赋予硬件设备能量,1,本章内容,2,8.1 设备驱动概述,1,8.2 设备驱动程序的开发过程,2,8.3 驱动程序开发的常见问题,3,目的和要求,了解驱动程序的功能 理解驱动程序开发过程 掌握各类设备驱动程序设计方法 掌握驱动程序开发过程中的常见问题 掌握直流电机驱动程序设计实例,3,8.1 设备驱动概述,主要完成以下的功能： （1）对设备初始化和释放； （2）把操作数据从内核传送到硬件和从硬 件读取数据； （3）读取应用程序传送给硬件设备的数据 和回送应用程序请求的数据； （4）检测和处理硬件设备出现的错误。,4,8.1.1 驱动程序和应用程

2、序的区别,设备驱动程序就工作在“内核空间” ;应用程序则是在“用户空间”中运行 。 驱动程序的优先级高于应用程序。 驱动程序可以对硬件进行直接访问和对内存的访问。应用程序则不能。,5,应用程序与驱动程序的关系图,6,Linux的设备管理,字符设备（Character Device） 块设备（Block Device） 网络设备驱动（Network interface）,7,字符设备,Linux下的字符设备接口支持面向字符的I/O操作，是以字节为单位顺序读写； 字符设备无需缓存且被直接读写 ； 字符设备可以访问/dev目录下的文件系统节点,8,字符设备驱动程序示意图,9,块设备,Linux系统下

3、的块设备是指对信息存取以“块”为单位 ； 块设备对于I/O请求有对应的缓冲区，块设备具有随机访问特性； 块设备和字符设备一样也是通过/dev目录下的文件系统节点被访问的； 块驱动程序除了给内核提供和字符设备驱动程序一样的接口以外，还提供了专门面向块设备的接口 ； 块设备的接口还必须支持挂装(mount)文件系统。,10,块设备驱动程序数据结构示意图,11,网络设备驱动,网络驱动的体系结构包括网络协议接口层、网络设备接口层、网络驱动接口层和设备媒介层。,12,网络驱动的体系结构,13,8.2 设备驱动程序的开发过程,8.2.1 字符设备驱动程序的设计,驱动程序的接口流程图,14,Linux为所有

4、的设备文件都提供了统一的操作函数接口，具体操作方法是使用数据结构struct file_operations。,struct file_operations struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *); int (*readdir) (struct file

5、 *, 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_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); ;,15,在嵌入式系统的开发中，我们一般仅仅实现其中几个接口函数：rea

6、d、write、ioctl、open、release，就可以完成应用系统需要的功能。 open接口 Open 接口提供给驱动程序初始化设备的能力，从而为以后的设备操作做好准备。 release接口 与 open函数相反 ; read 和write 接口 read 函数完成将数据从内核拷贝到应用程序空间，write函数则相反，将数据从应用程序空间拷贝到内核。,16,ioctl 接口 ioctl 接口主要用于对设备进行读写之外的其他控制。,例：LED驱动程序： S3C2410上的4个LED指示灯由4个I/O端口控制，他们分别是GPF4GPF7，当GPF4GPF7分别输出低电平时候，LED指示灯亮，

7、输出高电平的时候，LED指示灯灭,17,1、LED驱动需要的头文件 # include /配置头文件 # include /内核头文件 # include /用户定义模块初始函数需引用的头文件 # include /模块加载的头文件 # include /延时头文件 # include # include /用户的硬件配置文件 # include ,18,2、LED驱动需要的宏定义 # define GPIO_LED_MAJOR 220 /定义主设备号 /声明4个LED灯的I/O端口； GPFDAT 是端口F的数据寄存器 # define LED1_ON()(GPFDAT & = 0x10)

8、/GPF4输出0 # define LED2_ON()(GPFDAT & = 0x20) /GPF5输出0 # define LED3_ON()(GPFDAT & = 0x40) /GPF6输出0 # define LED4_ON()(GPFDAT & = 0x80) /GPF7输出0 # define LED1_OFF()(GPFDAT | = 0x10) /GPF4输出1 # define LED2_OFF()(GPFDAT | = 0x20) /GPF5输出1 # define LED3_OFF()(GPFDAT | = 0x40) /GPF6输出1 # define LED4_OFF(

9、)(GPFDAT | = 0x80) /GPF7输出1 /定义LED灯的状态 # define LED_ON 0 /低电平点亮LED # define LED_OFF 1 /高电平熄灭LED,19,3、file_operations 结构体的设计 struct file_operations GPIO_LED_ctl_ops= open: GPIO_LED_open， read: GPIO_LED_read, write: GPIO_LED_write, ioctl: GPIO_LED_ioctl, release: GPIO_LED_release, ;,20,4、LED驱动程序的读写函数实

10、现 在本例中，LED的读写操作不做任何操作，可以省略。本例仅给出了读写操作函数的框架。 /-READ- ssize_t GPIO_LED_read(struct file * file ,char * buf , size_t count, loff_t * f_ops) return count; /-WRITE- ssize_t GPIO_LED_write(struct file * file ,const char * buf , size_t count, loff_t * f_ops) return count; ,21,ssize_t GPIO_LED_ioctl(struct

11、inode * inode, struct file * file,unsigned int cmd,long data) Switch (cmd) case LED_ON: LED1_ON(); / 点亮LED1 udelay(0x500000); /延时 LED2_ON(); / 点亮LED2 udelay(0x500000); /延时 LED3_ON(); / 点亮LED3 udelay(0x500000); /延时 LED4_ON(); / 点亮LED4 udelay(0x500000); /延时 break; case LED_OFF:,LED1_OFF(); / LED1灭 ude

12、lay(0x500000); /延时 LED2_OFF(); / LED2灭 udelay(0x500000); /延时 LED3_OFF(); / LED3灭 udelay(0x500000); /延时 LED4_OFF(); / LED4灭 udelay(0x500000); /延时 break; default: printk (“LED control:no cmd run.n “); return -1; return 0; ,5、LED驱动程序ioctl控制模块的实现：对设备I/O控制操作,22,6、驱动程序的open()、close()函数： 设备文件的打开、关闭操作。 /-OP

13、EN- Ssize_t GPIO_LED_open(struct inode * inode , struct file * file) MOD_INC_USE_COUNT; /模块数量增1 return 0; /-RELEASE/CLOSE- Ssize_t GPIO_LED_release(struct inode * inode , struct file * file) MOD_DEC_USE_COUNT; /模块数量减1 return 0; ,23,7、驱动程序的init、exit函数： 模块加载功能的函数实现 /-INIT- static int GPIO_LED_CTL_init

14、(void) int ret=0; GPFCON = 0x55aa; /设置端口为I/O输出模式 GPFUP = 0xff; / 关闭上拉功能 GPFDAT = 0xff; / 初始值为高电平熄灭LED灯 /注册设备 ret=register_chrdev(GPIO_LED_MAJOR, “GPIO_LED_CTL“, ,24,static int _init S3C2410_GPIO_LED_CTL_init(void) int ret=0; / 调用函数GPIO_LED_CTL_init() ret= GPIO_LED_CTL_init(); if (ret) return -1; ret

15、urn 0; static void _exit cleanup_GPIO_LED_ctl(void) unregister_chrdev(GPIO_LED_MAJOR, “GPIO_LED_CTL“); /注销LED设备 module_init(S3C2410_GPIO_LED_init); module_exit(cleanup_GPIO_LED_ctl);,25,8.2.2 块设备驱动程序设计,块设备可以在一次I/O操作中传送固定大小的数据块，可以随机访问设备中所存放的块。 所有对块设备的读写操作都是通过调用generic_file_read ( )和generic_file_write ( ) 函数实现 。,26,8.2.3 网络设备驱动程序设计,网络设备的驱动程序接口函数 ： 1.初始化（initialize）：主要完成检测设备、配置和初始化硬件 、申请资源等。 2. 打开（open）