中南大学
字符设备驱动程序
课程设计报告
姓名：王学彬
专业班级：信安1002班
学号：0909103108
课程：操作系统安全课程设计
指导老师：张士庚
一、课程设计目的
1.了解Linux字符设备驱动程序的结构；
2.掌握Linux字符设备驱动程序常用结构体和操作函数的使用方法；
3.初步掌握Linux字符设备驱动程序的编写方法及过程；
4.掌握Linux字符设备驱动程序的加载方法及测试方法。
二、课程设计内容
5.设计Windows XP或者Linux操作系统下的设备驱动程序;
6.掌握虚拟字符设备的设计方法和测试方法；
7.编写测试应用程序，测试对该设备的读写等操作。
三、需求分析
3.1驱动程序介绍
驱动程序负责将应用程序如读、写等操作正确无误的传递给相关的硬件，并使硬件能够做出正确反应的代码。驱动程序像一个黑盒子，它隐藏了硬件的工作细节，应用程序只需要通过一组标准化的接口实现对硬件的操作。
3.2 Linux设备驱动程序分类
Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例，源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。虽然Linux内核的不断升级，但驱动程序的结构还是相对稳定。
Linux系统的设备分为字符设备(char device)，块设备(block device)和网络设备(network device)三种。字符设备是指在存取时没有缓存的设备，而块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-ROM等。
网络设备在Linux里做专门的处理。Linux的网络系统主要是基于BSD unix的socket 机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据传递。系统有支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。
3.3驱动程序的结构
驱动程序的结构如图3.1所示，应用程序经过系统调用，进入核心层，内核要控制硬件需要通过驱动程序实现，驱动程序相当于内核与硬件之间的“系统调用”。
图3.1驱动程序的结构
3.3.1 内核模块
内核模块是Linux内核的重要组成要素，内核模块能在Linux系统启动之后能够动态进行装载和卸载，因此不需对内核进行重新编译或重启系统就可将内核的一部分替换掉，Linux 内核的所有设备驱动，文件系统，网络协议等可做成模块的形式来提供。在所有的模块中需记录编译的内核版本信息，并与当前执行的内核版本一致。即，模块具有版本依赖性，如果不一样就会出错，当然可以在模块程序中的include
内核模块程序与一般应用程序之间主要不同之处是，模块程序没有main()函数，模块程序在装载时调用init_module(void)函数添加到内核中，在卸载时调用void cleanup_module( )函数从内核中卸载。另外一个应用程序从头到尾只执行一个任务，但一个模块可以把响应未来请求的事务登记到内核中，然后等待系统调用，内核模块程序结构如图3.2所示。
insmod
rmmod
图3.2内核模块程序结构
3.4主、从设备号
应用程序通过设备文件系统（devfs）的名字(或节点)访问硬件设备，所有的设备节点在/dev目录下。利用mknod命令生成设备文件系统的节点，但只有超级用户才能生成设备文。Mknod命令必须要有设备名和设备类型，主设备号（Major Number），次设备号（Minor Number）等3个参数。主设备号用于内核区分设备驱动，次设备号用于设备驱动区分设备。一个设备驱动可能控制多个设备。新的设备驱动要有新的主设备号。在内核源代码的Documentation/devices.txt中定义了所有设备的主设备号。在创建设备的时候不要与常用的设备好冲突。
3.5驱动程序基本框架
如果采用模块方式编写设备驱动程序时，通常至少要实现设备初始化模块、设备打开模块、数据读写与控制模块、中断处理模块（有的驱动程序没有）、设备释放模块和、设备卸载模块等几个部分。
3.6重要结构体
打开的设备在内核内部由file结构标识，内核使用file_operation结构访问驱动程序函数。file_operation结构是一个定义在
structfile_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 *, void *, filldir_t);
unsignedint (*poll) (struct file *, structpoll_table_struct *);
int (*ioctl) (structinode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, structvm_area_struct *);
int (*open) (structinode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (structinode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, structdentry *, intdatasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, structfile_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, conststructiovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, conststructiovec *, 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, unsigned long);
}
四、总体设计
1．在对设备驱动的有了充分的学习后，字符设备的驱动程序我们确定采用虚拟设备的驱动程序实现
2．实现平台为linux系统，借助linux内核对设备驱动程序的抽象结构体和内核函数3．要明确定义虚拟设备的的设备结构体
4．实现模块加载函数和卸载函数
5．实现open(),close(),lseek(),write(),read()函数
6．因源码包中已包含makefile，故利用make命令交叉编译memdev.c、test.c（已修改）等2个文件
7．模块的动态加载，以及/dev/memdev节点的创建
8．运行test程序测试，观察结果
五、详细设计
1.在对设备驱动的有了充分的学习后，字符设备的驱动程序我们确定采用虚拟设备的驱
动程序实现，其中确定该设备主要的结构体为：
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
};
2.实现平台为linux系统，借助linux内核对设备驱动程序的抽象结构体和内核函数，
要调用的内核抽象体有：
struct cdev cdev; //表示一个字符设备的内核设备的抽象体
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = mem_llseek,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
};
3.要明确定义虚拟设备的的设备结构体
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
};
4.实现模块加载函数和卸载函数
static int memdev_init(void){}
static int memdev_exit(void){}
5.实现open(),close(),lseek(),write(),read()函数
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp);
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp);
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos);
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence);
6.编译模块，模块的动态加载，以及/dev/memdev节点的创建,mknod /dev/memdev
结果如下：
模块编译完，后我们需要把内核模块动态加载到内核，用命令insmod memdev.ko加载，用命令lsmod显示加载成功，结果为：
7运行test程序测试，观察结果
我们看到我们用应用程序成功的写入了”xiaotian!”并出设备中成功的读出，证明我们的驱动程序运行完美。
六、关键源代码注解
/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;
dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0); /*通过主设备号得到dev_t类型的设备号*/
/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else/* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}
if (result < 0)
return result;
/*初始化cdev结构*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);//使cdev与mem_fops联系起来
cdev.owner = THIS_MODULE;//owner成员表示谁拥有这个驱动程序，使“内核引用模块计数”加1；THIS_MODULE表示现在这个模块被内核使用，这是内核定义的一个宏
cdev.ops = &mem_fops;
/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
/* 为设备描述结构分配内存*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS*sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);//目前为止我们始终用GFP_KERNEL
if (!mem_devp) /*申请失败*/
{
result = - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);//分配出来的地址存在此
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
}
return 0;
fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);
return result;
}
/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}
七、心得体会
通过本次操作系统的课程设计，我经历了从选定课题，在到查资料自学习，到写程序和测试，可以说是一个艰难又具有挑战的过程，在这半个的月的时间里，我翻阅了大概两本关于嵌入式设备驱动开发的书籍，通过了解linux内核的结构到相关的内核结构和函数，在到建立一个驱动程序的模型，可以说是个漫长的过程，这是动力，在掌握了内核相关的数据结构和函数后，我开始建立我自己的驱动程序模型，对重点函数进行详细的学习后，比较open(),read(),write()等，我开始搭建这样一个虚拟的字符设备程序，给我最大的体会就是自学习能力的重要性，在拿到一个课题后我发现我要学习的新知识很多，而且是在很短的时间内，通过参阅资料，总算完成了任务。很感谢张士庚老师的认真指导与检查，让我对知识理解的更深了一步，在这么热了天就跑新校图书馆有好多次。总算课程设计的圆满的结束了，但学无止境，一起努力吧。
八、参考文献
（1）张尧学等. 计算机操作系统教程. 清华大学出版社，2006 （2）陈向群等. Windows内核实验教程. 机械工业出版社，2004 （3）罗宇等. 操作系统课程设计. 机械工业出版社，2005
中南大学 字符设备驱动程序 课程设计报告 姓名：王学彬 专业班级：信安1002班 学号：0909103108 课程：操作系统安全课程设计 指导老师：张士庚 一、课程设计目的 1.了解Linux字符设备驱动程序的结构； 2.掌握Linux字符设备驱动程序常用结构体和操作函数的使用方法； 3.初步掌握Linux字符设备驱动程序的编写方法及过程； 4.掌握Linux字符设备驱动程序的加载方法及测试方法。 二、课程设计内容 5.设计Windows XP或者Linux操作系统下的设备驱动程序; 6.掌握虚拟字符设备的设计方法和测试方法；
7.编写测试应用程序，测试对该设备的读写等操作。 三、需求分析 3.1驱动程序介绍 驱动程序负责将应用程序如读、写等操作正确无误的传递给相关的硬件，并使硬件能够做出正确反应的代码。驱动程序像一个黑盒子，它隐藏了硬件的工作细节，应用程序只需要通过一组标准化的接口实现对硬件的操作。 3.2 Linux设备驱动程序分类 Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例，源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。虽然Linux内核的不断升级，但驱动程序的结构还是相对稳定。 Linux系统的设备分为字符设备(char device)，块设备(block device)和网络设备(network device)三种。字符设备是指在存取时没有缓存的设备，而块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-ROM等。 网络设备在Linux里做专门的处理。Linux的网络系统主要是基于BSD unix的socket 机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据传递。系统有支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。 3.3驱动程序的结构 驱动程序的结构如图3.1所示，应用程序经过系统调用，进入核心层，内核要控制硬件需要通过驱动程序实现，驱动程序相当于内核与硬件之间的“系统调用”。
课程设计报告模板(）
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期： ?
课程设计（论文)任务书 软件学院软件+电商专业0９级（2）班 一、课程设计(论文)题目基本模型机设计与实现 二、课程设计（论文）工作自２01１年6月 20 日起至2011年 6月 2４日止。 三、课程设计(论文) 地点：计算机组成原理实验室(５#３0１） 四、课程设计(论文)内容要求： 1.课程设计的目的 通过课程设计的综合训练，在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步掌握整机 概念。培养学生实际分析问题、解决问题和动手能力,最终目标是想通过课程设计的形式，帮助学生系统掌握该门课程的主要内容，更好地完成教学任务。 ２.课程设计的任务及要求 １）基本要求? （１）课程设计前必须根据课程设计题目认真查阅资料; (２）实验前准备好实验程序及调试时所需的输入数据； （３)实验独立认真完成; (4)对实验结果认真记录,并进行总结和讨论。 2）课程设计论文编写要求 (1)按照书稿的规格撰写打印课设论文 (2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、附录等 (3）正文中要有问题描述、实验原理、设计思路、实验步骤、调试过程与遇到问题的解决方法、总结和讨论等 （4）课设论文装订按学校的统一要求完成 ３)课设考核 从以下几方面来考查:
（1）出勤情况和课设态度； (2)设计思路； （３）代码实现； （４)动手调试能力； (5)论文的层次性、条理性、格式的规范性。 ４）参考文献 [１］王爱英．计算机组成与结构［M]. 北京：清华大学出版社, 200７. [2] 王爱英. 计算机组成与结构习题详解与实验指导[M]. 北京：清华大学出版社, 2007. 5)课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料１图书馆 实验与调试 3 实验室 撰写论文 1 图书馆 6）任务及具体要求 设计实现一个简单的模型机，该模型机包含若干条简单的计算机指令,其中至少包括输入、输出指令，存储器读写指令，寄存器访问指令,运算指令,程序控制指令。学生须根据要求自行设计出这些机器指令对应的微指令代码,并将其存放于控制存储器，并利用机器指令设计一段简单机器指令程序。将实验设备通过串口连接计算机,通过联机软件将机器指令程序和编写的微指令程序存入主存中,并运行此段程序,通过联机软件显示和观察该段程序的运行，验证编写的指令和微指令的执行情况是否符 合设计要求，并对程序运行结果的正、误分析其原因。 学生签名: 亲笔签名 ２０1１年6月20 日 课程设计(论文)评审意见 (1）设计思路:优( ）、良（)、中( )、一般（）、差( ); （2）代码实现：优（）、良（)、中（）、一般（）、差(）;
Linux字符设备驱动（转载） 来源: ChinaUnix博客日期：2008.01.01 18:52(共有0条评论) 我要评论 Linux字符设备驱动（转载） 这篇文章描述了在Linux 2.4下，如何建立一个虚拟的设备，对初学者来说很有帮助。原文地址：https://www.doczj.com/doc/015524745.html,/186/2623186.shtml Linux下的设备驱动程序被组织为一组完成不同任务的函数的集合，通过这些函数使得Windows的设备操作犹如文件一般。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，如open ()、close ()、read ()、write () 等。 Linux主要将设备分为二类：字符设备和块设备。字符设备是指设备发送和接收数据以字符的形式进行；而块设备则以整个数据缓冲区的形式进行。字符设备的驱动相对比较简单。 下面我们来假设一个非常简单的虚拟字符设备：这个设备中只有一个4个字节的全局变量int global_var，而这个设备的名字叫做"gobalvar"。对"gobalvar"设备的读写等操作即是对其中全局变量global_var的操作。 驱动程序是内核的一部分，因此我们需要给其添加模块初始化函数，该函数用来完成对所控设备的初始化工作，并调用register_chrdev() 函数注册字符设备： static int __init gobalvar_init(void) { if (register_chrdev(MAJOR_NUM, " gobalvar ", &gobalvar_fops)) { //…注册失败 } else
模拟电子技术课程设计报告设计题目：直流稳压电源设计 专业电子信息科学与技术 班级电信092 学号 200916022230 学生姓名夏惜 指导教师王瑞 设计时间2010-2011学年上学期 教师评分 2010年月日
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计 目录 1.概述 (2) 1.1直流稳压电源设计目的 (2) 1.2课程设计的组成部分 (2) 2.直流稳压电源设计的内容 (4) 2.1变压电路设计 (4) 2.2整流电路设计 (4) 2.3滤波电路设计 (8) 2.4稳压电路设计 (9) 2.5总电路设计 (10) 3.总结 (12) 3.1所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的12 3.3体会收获及建议 (12) 3.4参考资料（书、论文、网络资料） (13) 4.教师评语 (13) 5.成绩 (13)
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计 1.概述 电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。 直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压控制电路所组成，具有体积小，重量轻，性能稳定可等优点，电压从零起连续可调，可串联或关联使用，直流输出纹波小，稳定度高，稳压稳流自动转换、限流式过短路保护和自动恢复功能，是大专院校、工业企业、科研单位及电子维修人员理想的直流稳压电源。适用于电子仪器设备、电器维修、实验室、电解电镀、测试、测量设备、工厂电器设备配套使用。几乎所有的电子设备都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。家用电器中的电视机、音响、电脑尤其是这样。电网电压时高时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因家。解决这个不稳定因素的办法是在电子设备的前端进行稳压。 直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等的直流供电。 1.1直流稳压电源设计目的 （1）、学习直流稳压电源的设计方法； （2）、研究直流稳压电源的设计方案； （3）、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。 1.2课程设计的组成部分 1.2.1 设计原理
字符设备驱动实验 实验步骤： 1、将设备驱动程序使用马克file文件编译 生成模块firstdev.ko 2、将模块加载到系统中insmod firstdev.ko 3、手动创建设备节点 mknod /dev/first c 122 0 4、使用gcc语句编译firsttest.c生成可执行 文件 5、运行可执行文件firsttest，返回驱动程序 中的打印输出语句。 查看设备号：cat /proc/devices 卸载驱动：rmmod firstdev 删除设备节点：rm /dev/first 显示printk语句，（打开一个新的终端）while true do sudo dmesg -c sleep 1 done
源码分析 设备驱动程序firstdev.c #include
static struct file_operations first_dev_fops ={ .owner = THIS_MODULE, .open = first_dev_open, }; static int __init first_dev_init(void) { int ret; ret = register_chrdev(122,"/dev/first",&first_dev_fo ps); printk("Hello Modules\n"); if(ret<0) { printk("can't register major number\n"); return ret; }
如何编写Linux设备驱动程序 Linux是Unix操作系统的一种变种，在Linux下编写驱动程序的原理和思想完全类似于其他的Unix系统，但它dos或window环境下的驱动程序有很大的区别。在Linux环境下设计驱动程序，思想简洁，操作方便，功能也很强大，但是支持函数少，只能依赖kernel中的函数，有些常用的操作要自己来编写，而且调试也不方便。本文是在编写一块多媒体卡编制的驱动程序后的总结，获得了一些经验，愿与Linux fans共享，有不当之处，请予指正。 以下的一些文字主要来源于khg，johnsonm的Write linux device driver，Brennan's Guide to Inline Assembly，The Linux A-Z，还有清华BBS上的有关device driver的一些资料. 这些资料有的已经过时，有的还有一些错误，我依据自己的试验结果进行了修正. 一、Linux device driver 的概念 系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，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。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能： 1）对设备初始化和释放； 2）把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设备文件的数据和回送应用程序请求的数据； 4）检测和处理设备出现的错误。 在Linux操作系统下有两类主要的设备文件类型，一种是字符设备，另一种是块设备。字符设备和块设备的主要区别是：在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的CPU时间来等待. 已经提到，用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道。每个设备文件都都有其文件属性(c/b)，表示是字符设备还是块设备。另外每个文件都有两个设备号，第一个是主设备号，标识驱动程序，第二个是从设备号，标识使用同一个设备驱动程序的不同的硬件设备，比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。设备文件的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号一致，否则用户进程将无法访问到驱动程序. 最后必须提到的是，在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先式调度。也就是说，系统必须在你的驱动程序的子函数返回后才能进行其他的工作。如果你的驱动程序陷入死循环，不幸的是你只有重新启动机器了，然后就是漫长的fsck。 二、实例剖析 我们来写一个最简单的字符设备驱动程序。虽然它什么也不做，但是通过它可以了解Linux的设备驱动程序的工作原理.把下面的C代码输入机器，你就会获得一个真正的设备
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摘要（三号，黑体，居中，字间空两格字符） （空二行换行） 空4格打印摘要内容（小四号宋体,行距20）。 关键词：（摘要内容后下空一行打印“关键词”三字（小四号黑体），其后为关键词（小四号宋体），每一关键词之间用分号隔开，最后一个关键词后不打标点符号。 ABSTRACT ①居中打印“ABSTRACT”，再下空二行打印英文摘要内容。②摘要内容每段开头留四个空字符。③摘要内容后下空一行打印“Key words”，其后为关键词用小写字母，每一关键词之间用分号隔开，最后一个关键词后不打标点符号。 Key words ：aaa；bbb；ccc
目录（3号，黑体，居中） （空1行，以小4号黑体设置字体及大小，行间距22、字间距标准） 1 XXXXXX………………………………………………………………………… 1.1 XXXXXX……………………………………………………………………… 1.2 XXXXXX……………………………………………………………………… ┇ 2 XXXXXX………………………………………………………………………… 2.1 XXXXXX……………………………………………………………………… 2.2 XXXXXX……………………………………………………………………… ┇ 3 4 结束语 参考文献………………………………………………………………………………. 致谢……………………………………………………………………………………附录……………………………………………………………………………………
USB设备驱动程序设计 引言 USB 总线是1995 年微软、IBM 等公司推出的一种新型通信标准总线， 特点是速度快、价格低、独立供电、支持热插拔等，其版本从早期的1.0、1.1 已经发展到目前的2.0 版本，2.0 版本的最高数据传输速度达到480Mbit/s，能 满足包括视频在内的多种高速外部设备的数据传输要求，由于其众多的优点，USB 总线越来越多的被应用到计算机与外设的接口中，芯片厂家也提供了多种USB 接口芯片供设计者使用，为了开发出功能强大的USB 设备，设计者往往 需要自己开发USB 设备驱动程序，驱动程序开发一直是Windows 开发中较难 的一个方面，但是通过使用专门的驱动程序开发包能减小开发的难度，提高工 作效率，本文使用Compuware Numega 公司的DriverStudio3.2 开发包，开发了基于NXP 公司USB2.0 控制芯片ISP1581 的USB 设备驱动程序。 USB 设备驱动程序的模型 USB 设备驱动程序是一种典型的WDM(Windows Driver Model)驱动程序，其程序模型如图1 所示。用户应用程序工作在Windows 操作系统的用户模式层，它不能直接访问USB 设备，当需要访问时，通过调用操作系统的 API(Application programming interface)函数生成I/O 请求信息包(IRP)，IRP 被传输到工作于内核模式层的设备驱动程序，并通过驱动程序完成与UBS 外设通 信。设备驱动程序包括两层：函数驱动程序层和总线驱动程序层，函数驱动程 序一方面通过IRP 及API 函数与应用程序通信，另一方面调用相应的总线驱动 程序，总线驱动程序完成和外设硬件通信。USB 总线驱动程序已经由操作系统 提供，驱动程序开发的重点是函数驱动程序。 USB 设备驱动程序的设计
实现如下的功能: --字符设备驱动程序的结构及驱动程序需要实现的系统调用 --可以使用cat命令或者自编的readtest命令读出"设备"里的内容 --以8139网卡为例,演示了I/O端口和I/O内存的使用 本文中的大部分内容在Linux Device Driver这本书中都可以找到, 这本书是Linux驱动开发者的唯一圣经。 ================================================== ===== 先来看看整个驱动程序的入口,是char8139_init(这个函数 如果不指定MODULE_LICENSE("GPL", 在模块插入内核的 时候会出错,因为将非"GPL"的模块插入内核就沾污了内核的 "GPL"属性。 module_init(char8139_init; module_exit(char8139_exit; MODULE_LICENSE("GPL"; MODULE_AUTHOR("ypixunil"; MODULE_DESCRIPTION("Wierd char device driver for Realtek 8139 NIC"; 接着往下看char8139_init( static int __init char8139_init(void {
int result; PDBG("hello. init.\n"; /* register our char device */ result=register_chrdev(char8139_major, "char8139", &char8139_fops; if(result<0 { PDBG("Cannot allocate major device number!\n"; return result; } /* register_chrdev( will assign a major device number and return if it called * with "major" parameter set to 0 */ if(char8139_major == 0 char8139_major=result; /* allocate some kernel memory we need */ buffer=(unsigned char*(kmalloc(CHAR8139_BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL; if(!buffer { PDBG("Cannot allocate memory!\n"; result= -ENOMEM;
字符设备驱动程序 字符设备驱动程序与块设备不同。所涉及的键盘驱动、控制台显示驱动和串口驱动以及与这些驱动有关的接口、算法程序都紧密相关。他们共同协作实现控制台终端和串口终端功能。 下图反映了控制台键盘中断处理过程。 以上为总的处理流程，下面对每一个驱动分开分析。首先是键盘驱动。键盘驱动用汇编写的，比较难理解，牵涉内容较多，有键盘控制器804X的编程，还有扫描码（共3套，这里用第二套）和控制命令及控制序列（p209~210有讲解）。由于键盘从XT发展到AT到现在PS/2，USB，无线键盘，发展较快，驱动各有不同，此版本驱动为兼容XT，将扫描码映射为XT再处理，因此仅供参考。CNIX操作系统的键盘驱动实现为C语言，可读性更好。 键盘驱动 键盘驱动就是上图键盘硬件中断的过程。keyboard.S中的_keyboard_interrupt 函数为中断主流程，文件中其他函数均被其调用。
以上打星处为键盘驱动的核心，即主要处理过程，针对不同扫描码分别处理，并最终将转换后所得ASCII 码或控制序列放入控制台tty 结构的读缓冲队列read_q 中。 键处理程序跳转表为key_table ，根据扫描码调用不同处理程序，对于“普通键”，即只有一个字符返回且没有含义变化的键，调用do_self 函数。其他均为“特殊键”：1. crtrl 键的按下和释放 2. alt 键的按下和释放 3. shift 键的按下和释放 4. caps lock 键的按下和释放（释放直接返回，不作任何处理） 5. scroll lock 键的按下 6. num lock 的按下 7. 数字键盘的处理（包括alt-ctrl+delete 的处理，因为老式键盘delete 键在数字小键盘上。还包括对光标移动键的分别处理） 8. 功能键 （F1~F12）的处理 9. 减号的处理（老键盘’/’与’-’以0xe0加以区分，可能其中一键要按shift ） do_self 是最常用的流程，即跳转表中使用频率最高的流程：
.课程设计报告撰写规范
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江西理工大学应用科学学院信息工程系 课程设计规范 （试行） 信息工程系 二○一○年六月
第1章内容要求 第1章内容要求 课程设计报告由以下几个部分组成组成，依次为： I、统一的封面，封面之后为课设评分表及答辩记录表； II、摘要； III、目录； IV、课程设计总结报告正文； V、总结（本课题核心内容、特点和方案的优缺点、改进方向和意见）VI、按统一格式列出主要参考文献。 1
第2章格式要求 第2章格式要求 课程设计报告每部分从新的一页开始，各部分要求如下： 2．1封面 统一的封面（含课程设计课题名称、专业、班级、姓名、学号、指导教师等，详见第五部分“格式范例”） 2．2摘要 应概括地反映出本课程设计的主要内容，包括工作目的、实验研究方法、研究成果和结论，重点是本论文的主要工作。摘要力求语言精炼准确，建议500字以内。摘要中不要出现图片、图表、表格或其他插图材料。 关键词是为了便于作文献索引和检索工作而从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息的单词或术语。 关键词在摘要内容后另起一行标明，一般3～5个，之间用“；”分开。 2．3 目录 目录由标题名称和页码组成，包括：正文（含结论）的一级、二级和三级标题和序号。具体格式见第五部分“格式范例”。 2．4 符号说明 如果课程设计报告中使用了大量的物理量符号、标志、缩略词、专门计量单位、自定义名词和术语等，应将全文中常用的这些符号及意义列出。如果上述符号和缩略词使用数量不多，可以不设专门的主要符号表，但在报告中出现时须加以说明。缩略词应列出中英文全称。 2
一、课程设计目的 Linux 系统的开源性使其在嵌入式系统的开发中得到了越来越广泛的应用，但其本身并没有对种类繁多的硬件设备都提供现成的驱动程序，特别是由于工程应用中的灵活性，其驱动程序更是难以统一，这时就需开发一套适合于自己产品的设备驱动。对用户而言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节，对各种不同设备提供了一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以像对其它文件一样对此设备文件进行操作。 通过这次课程设计可以了解linux的模块机制，懂得如何加载模块和卸载模块，进一步熟悉模块的相关操作。加深对驱动程序定义和设计的了解，了解linux驱动的编写过程，提高自己的动手能力。 二、课程设计内容与要求 字符设备驱动程序 1、设计目的：掌握设备驱动程序的编写、编译和装载、卸载方法，了解设备文件的创建，并知道如何编写测试程序测试自己的驱动程序是否能够正常工作 2、设计要求： 1) 编写一个简单的字符设备驱动程序，该字符设备包括打开、读、写、I\O控制与释放五个基本操作。 2) 编写一个测试程序，测试字符设备驱动程序的正确性。 3) 要求在实验报告中列出Linux内核的版本与内核模块加载过程。 三、系统分析与设计 1、系统分析 系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，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。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能: 1、对设备初始化和释放； 2、把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设备文件的数据和回送应用程序请求的数据； 4、检测和处理设备出现的错误。 字符设备提供给应用程序的是一个流控制接口，主要包括op e n、clo s e（或r ele as e）、r e ad、w r i t e、i o c t l、p o l l和m m a p等。在系统中添加一个字符设备驱动程序，实际上就是给上述操作添加对应的代码。对于字符设备和块设备，L i n u x内核对这些操作进行了统一的抽象，把它们定义在结构体fi le_operations中。 2、系统设计： 2.1、模块设计：
Linux中设备分类： 按照对设备的访问方式可分为以下三类： 1.字符设备(char device) (1)例如：键盘、鼠标、串口、帧缓存等； (2)通过/dev/下的设备节点访问；以字节为单位访问； (3)一般只支持顺序访问；(特例：帧缓存framebuffer) (4)无缓冲。 2.块设备(block device) (1)例如：磁盘、光驱、flash等； (2)以固定大小为单位访问：磁盘以扇区(512B)为单位；flash以页为单位。 (3)支持随机访问； (4)有缓冲(减少磁盘IO，提高效率)。 3.网络设备(network device) (1)无设备文件(节点)； (2)应用层通过socket接口访问网络设备(报文发送和接收的媒介)。 设备驱动在内核中的结构： 1.VFS虚拟文件系统作用：向应用层提供一致的文件访问接口，正是由于VFS 的存在，才可以将设备以文件的方式访问。 2.虚拟文件系统，存在于内存中，不在磁盘上，掉电丢失。例如：/proc、/sys、 /tmp。
设备号： 1.作用：唯一地标识一个设备； 2.类型：dev_t devno;即32位无符号整型； 3.组成： (1)主设备号：用于区分不同类型(按功能划分)的设备； (2)此设备号：用于区分相同类型的不同设备。 注意：相同类型的设备(主设备号相同)可以使用同一个驱动。 4.构建设备号： int major = 250; int minor = 0; (1)dev_t devno = (major << 20) | minor;不建议使用； (2)利用宏来构建：dev_t devno = MKDEV (major, minor); 注意：我们可以通过文件$(srctree)/documentation/device.txt来查看内核对设备号的分配情况。 (1)该文本中的有对应设备文件的设备号是已经被申请过的，我们不可以重 复使用(申请)； (2)从中可以看出，我们在编写驱动程序时可以使用的主设备号范围为 240~254，为了方便记忆，通常使用250作为主设备号。 字符设备驱动框架： 驱动：作用，为应用层提供访问设备的接口(对设备发的各种操作)。 一、申请设备号 1.构建设备号：dev_t devno = MKDEV (major, minor); 2.申请设备号： (1)动态申请：alloc_chrdev_region； (2)静态申请： register_chrdev_region。
课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 1 引言（或绪论）（可作为正文第1章标题，用小3号黑体，加粗， 并留出上下间距为：段前0.5行，段后0.5行） ×××××××××（小4号宋体，20磅行距）××××××××××××××××××××××××××××××………… 1．1 ××××××（作为正文2级标题，用4号黑体，加粗） ×××××××××（小4号宋体，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××××××××………… 1.1.1 ××××（作为正文3级标题，用小4号黑体，不加粗） ×××××××××（小4号宋体，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××××………… 2 ×××××××（作为正文第2章标题，用小3号黑体，加粗， 并留出上下间距为：段前0.5行，段后0.5行） ×××××××××（小4号宋体，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××………… ×××××××××××××××××××………… ………… 注：1．正文中表格与插图的字体一律用5号宋体； 2．正文各页的格式请以此页为标准复制。 请留出一个汉字的空间，下同
报告中的内容仅为参考字体格式，与本次设计无关！ 题目 内部排序教学软件。 1需求分析和说明 内部排序教学软件的总体目标：在TURBO C2.0 的开发环境下，利用所学C语言和数据结构的相关知识，开发一个具有良好人机界面的内部排序教学软件，实现各种内部排序，并能使用户通过其显示结果对每种排序方法的性能有一个直观的了解，从而达到教学的目的。 1.1基本要求 （1）界面友好，易与操作。采用菜单或其它人机对话方式进行选择。 （2）实现各种内部排序。包括冒泡排序，直接插入排序，直接选择排序，希尔排序，快速排序，堆排序。 （3）待排序的元素的关键字为整数。可用随机数据和用户输入数据作测试比较。比较的指标为有关键字参加的比较次数和关键字的移动次数(关键字交换以3次计)。 （4）演示程序以人机对话的形式进行。每次测试完毕显示各种比较指标 的列表，以便比较各种排序的优劣。 1.2各功能模块的功能描述： 1．主函数模块 本模块的主要功能是初始化图形界面，调用各模块，实现软件功能。 2．排序功能及输出子模块 本模块的主要功能是根据用户的选择进行数组的创建，并对输入数据或者随机产生的数据使用六种排序方法进行排序并统计每种方法的移动次数和比较次数，然后输出以表格形式输出。 3．封面和结束画面子模块 本模块的主要功能是当用户打开本软件时模拟软件加载，延时数秒后关闭，并进入图形界面，在用户退出软件时显示结束画面，延时数秒后关闭程序。 4．图形界面子模块 本模块的主要功能是根据用户的选择显示不同的画面，引导用户使用软件所提供的各种功能，并在用户提供必要数据，并选择排序功能时调用排序模块，并显示结果画面。 5．输入子模块 本模块的主要功能是进行光标定位，输出提示文字，并对用户输入数据进行处理，创建数组。 6.鼠标实现模块 本模块的主要功能是为用户提供鼠标操作支持，使用户能使用鼠标进行功能的选择。2详细设计
郑州工业应用技术学院 课程设计报告科目： 题目： 姓名： 院（系）： 专业班级： 学号： 指导教师： 成绩： 时间：年月日至年月日
课程设计报告的格式 一、课程设计报告内容 课程设计报告一般由以下几部分组成：A．任务书； B．目录； C．正文； D．参考文献；E.附录。 课程设计题目 摘要（200~300字） 目录 1.概述 包括课程设计选题、项目背景、课程设计报告编写目的、课程设计报告的组织等内容。 2.课程设计任务的需求分析 2.1任务描述 2.2需求描述的规范文档（要画出DFD数据流图和DD(数据字典)） 3.概念结构设计 3.1概念结构设计工具（E-R模型） 3.2XXX子系统（局部） 3.2.1子系统描述 3.2.2分E-R图 3.2.3说明 3.3YYY子系统 3.3.1子系统描述 3.3.2 分E-R图 3.3.3 说明 …… 3.X 总体E-R图 3.X.1 E-R图的集成 3.X.2 总体E-R图 4.逻辑结构设计（参考教材P16图1-10逻辑结构设计步骤） 4.1关系数据模式 4.2优化 5.数据库物理设计与实施（至少包含前4节） 5.1数据库应用的硬件、软件环境介绍 5.2表结构设计 5.3索引的设计
5.4视图设计 5.5 存储过程 5.6 触发器 5.7 游标 5.8建立数据库 5.9 建立表 5.9 加载数据库测试数据 6.数据操作 6.1数据查询操作 6.2数据更新操作 6.3数据维护操作 6.4其他 7.数据库应用系统的实现 8.设计心得体会 9.参考文献 二、书写要求 1.层次标题 层次标题要简短明确，同一层次的标题应尽可能“排比”，词（或词组）类型相同（或相近），意义相关，语气一致。 各层次标题一律用阿拉伯数字连续编号；不同层次的数字之间用英文输入状态下小圆点“．”相隔，末位数字后面不加点号，如“1”，“2.1”，“3.1.2”等；各层次的序号均左顶格起排，编号与标题或文字间空一个汉字的间隙。段的文字空两个汉字起排，回行时顶格排。 报告正文撰写的题序层次格式 2.篇眉和页码 篇眉从摘要开始，内容与该部分的一级标题相同。 页码从正文开始按阿拉伯数字（1，2，3……）连续编排，之前的部分(中文摘要、目录等)用大写罗马数字（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ……）单独编排，均居中排列。 3.有关图、表、表达式 （1）图
---简介 Linux下的MISC简单字符设备驱动虽然使用简单，但却不灵活。 只能建立主设备号为10的设备文件。字符设备比较容易理解，同时也能够满足大多数简 单的硬件设备,字符设备通过文件系统中的名字来读取。这些名字就是文件系统中的特 殊文件或者称为设备文件、文件系统的简单结点，一般位于/dev/目录下使用ls进行查 看会显示以C开头证明这是字符设备文件crw--w---- 1 root tty 4, 0 4月 14 11:05 tty0。 第一个数字是主设备号，第二个数字是次设备号。 ---分配和释放设备编号 1)在建立字符设备驱动时首先要获取设备号，为此目的的必要的函数是 register_chrdev_region,在linux/fs.h中声明：int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);first是你想 要分配的起始设备编号，first的次编号通常是0，count是你请求的连续设备编号的 总数。count如果太大会溢出到下一个主设备号中。name是设备的名字，他会出现在 /proc/devices 和sysfs中。操作成功返回0，如果失败会返回一个负的错误码。 2)如果明确知道设备号可用那么上一个方法可行，否则我们可以使用内核动态分配的设 备号int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,unsigned int count, char *name);dev是个只输出的参数，firstminor请求的第一个要用的次编号， count和name的作用如上1)对于新驱动，最好的方法是进行动态分配 3)释放设备号，void unregister_chrdev_region(dev_t first unsigned int count); ---文件操作file_operations结构体，内部连接了多个设备具体操作函数。该变量内部 的函数指针指向驱动程序中的具体操作，没有对应动作的指针设置为NULL。 1)fops的第一个成员是struct module *owner 通常都是设置成THIS_MODULE。 linux/module.h中定义的宏。用来在他的操作还在被使用时阻止模块被卸载。 2)loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);该方法用以改变文件中的当前读/ 写位置 返回新位置。 3)ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);该函数用 以从设备文件 中读取数据，读取成功返回读取的字节数。
编写字符设备驱动框架的步骤 Step 1: 申请设备号（主要是申请主设备号） 有两种方式: ⑴静态申请 通过下面这个函数实现： int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name); /* register_chrdev_region() - register a range of device numbers * @from: the first in the desired range of device numbers; must include * the major number. * @count: the number of consecutive device numbers required * @name: the name of the device or driver. * * Return value is zero on success, a negative error code on failure.*/ 这种方式主要用于，驱动开发者事先知道该驱动主设备号的情况。 ⑵动态申请 通过下面这个函数实现： int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) /* alloc_chrdev_region() - register a range of char device numbers * @dev: output parameter for first assigned number * @baseminor: first of the requested range of minor numbers * @count: the number of minor numbers required * @name: the name of the associated device or driver * * Allocates a range of char device numbers. The major number will be * chosen dynamically, and returned (along with the first minor number) * in @dev. Returns zero or a negative error code.*/ 这种方式由系统动态分配一个设备号，返回的设备号保存在参数dev中。 Step 2 :注册字符设备 在linux 内核中用struct cdev表示一个字符设备。 字符设备的注册与注销分别通过下面的两个函数来实现： int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)； /** * cdev_add() - add a char device to the system * @p: the cdev structure for the device * @dev: the first device number for which this device is responsible * @count: the number of consecutive minor numbers corresponding to this * device * * cdev_add() adds the device represented by @p to the system, making it * live immediately. A negative error code is returned on failure.
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 目录 1 引言 (1) 1.1 课程设计的目的 (1) 1.2 课程设计的内容 (1) 2 EDA、VHDL简介 (1) 2.1 EDA技术 (1) 2.2 硬件描述语言——VHDL (2) 3设计过程 (4) 3.1 设计规划 (4) 3.2 各模块的原理及其程序 (4) 3.2.1控制模块 (5) 3.2.2时基分频模块 (5) 3.2.3计时模块 (6) 3.2.4显示模块 (7) 4系统仿真 (9) 结束语 (13) 致谢 (14) 参考文献 (15) 附录 (16)
1 引言 在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。尤其是计算机应用的发展。它在人们日常生活已逐渐崭露头角。大多数电子产品多是由计算机电路组成，如：手机、mp3等。而且将来的不久他们的身影将会更频繁的出现在我们身边。各种家用电器多会实现微电脑技术。电脑各部分在工作时多是一时间为基准的。本文就是基于计算机电路的时钟脉冲信号、状态控制等原理设计出的数字秒表。秒表在很多领域充当一个重要的角色。在各种比赛中对秒表的精确度要求很高，尤其是一些科学实验。他们对时间精确度达到了几纳秒级别。 1.1 课程设计的目的 本次设计的目的就是在掌握EDA实验开发系统的初步使用基础上，了解EDA技术，对计算机系统中时钟控制系统进一步了解，掌握状态机工作原理，同时了解计算机时钟脉冲是怎么产生和工作的。在掌握所学的计算机组成与结构课程理论知识时。通过对数字秒表的设计，进行理论与实际的结合，提高与计算机有关设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的能力。通过课程设计深入理解计算机结构与控制实现的技术，达到课程设计的目标。 1.2 课程设计的内容 利用VHDL语言设计基于计算机电路中时钟脉冲原理的数字秒表。该数字秒表能对0秒～59分59.99秒范围进行计时，显示最长时间是59分59秒。计时精度达到10ms。设计了复位开关和启停开关。复位开关可以在任何情况下使用，使用以后计时器清零，并做好下一次计时的准备。 2 EDA、VHDL简介 2.1 EDA技术 EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果而开发出的电子CAD通用软件包，它根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线及仿真，直至完成对于特定目