Linux操作系统将所有的设备(而不仅是存储器里的文件)全部都看成文件，都纳入文件系统的范畴，都通过文件的操作界面进行操作。这意味着：
(l)每一个设备都至少由文件系统的一个文件代表，因而都有一个“文件名”。每个这样的“设备文件”都唯一地确定了系统中地一项设备。应用程序通过设备地文件寻找访问具体地设备，而设备则象普通文件一样受到文件系统访问权限控制机制地保护。
(2)应用程序通常可以通过系统调用open()“打开”这个设备文件，建立起与目标设备的连接。代表着该设备的文件节点中记载着建立这种连接所需的信息。对于执行该应用程序的进程而言，建立起的连接就表现为一个已经打开的文件。(3)打开了代表着目标设备的文件，即建立起与设备的连接后，就可以通过
read()、write()、ioctl()等常规的文件操作对目标设备进行操作。Linux将设备分成两大类。一类是像磁盘那样以记录块或“扇区”为单位，成块进行输入/输出设备，称为“块设备”；另一类是像键盘那样以字符(字节)为单位，逐个进行输入/输出的设备，称为“字符设备”、文件系统通常都建立在块设备上。网路设备是介于块设备和字符设备之间的一种特殊设备。设备文件的属性由三部分信息组成：第一部分是文件的类型(c/b)，第二部分是一个“主设备号”，第三部分是一个“次设备号”。其中设备类型和主设备号结合在一起唯一地确定了设备文件地驱动程序及其界面，而次设备号则说明目标设备是同类设备中的第几个。应用程序通过Linux的系统调用与内核通信。由于Linux中将设备当作文件处理，所以对设备进行操作的调用和对文件操作的操作类似，主要包括open()、read()、write()、ioctl()、close()等。应用程序发出系统调用命令后，会从用户态转到内核态，通过内核将open()这样的系统调用转换成对物理设备的操作。在Linux中通过分层实现对物理设备的调用，并使得内核的结构清晰，提高了模块化的独立性。
2驱动程序的结构
一般Linux设备驱动程序可以分为3个主要组成部分：
（1）自动配置和初始化子程序，负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和能否正常工作。如果设备正常则对这个设备及其相关的设备驱动程序需要的软件状态进行初始化。这部分驱动程序仅在初始化时被调用一次。
（2）服务于I/O请求的子程序，又称为驱动程序的上半部。调用这部分程序是由于系统调用的结果。这部分程序在执行时，系统仍认为是与进行调用的进程属于同一个进程，只是由用户态变成了核心态，具有进行此系统调用的用户程序的运行环境，因而可以在其中调用sleep()等与进程运行环境有关的函
数。
（3）中断服务程序，又称为驱动程序的下半部。在Linux系统中并不是直接从中断向量表调用设备驱动程序的中断服务子程序，而是由Linux系统来接收硬件中断，再由系统调用中断服务子程序。中断可以在任何一个进程运行时产生，因而在中断服务程序被调用时，不能依赖于任何进程的状态，也就不能调用任何与进程运行环境有关的函数。因为设备驱动程序一般支持同一类型的若干设备，所以一般在系统调用中断服务子程序时，都带有一个或多个参数，以唯一标志请求服务的设备。在系统内部，I/O设备的存/取通过一组固定的入口点来进行，这组入口点是由每个设备的设备驱动程序提供的。具体到Linux系统，设备驱动程序所提
供的这组入口点由一个文件操作结构来向系统进行说明。file_operations结构
定义于linux/fs.h文件中，随着内核的不断升级，file_operations结构也越来越大，不同版本的内核会稍有不同。
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*,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*);
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)(struct 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,unsigned long);
};
file_operations结构中的成员全部是函数指针，所以实质上就是函数跳转表。每个进程对设备的操作，都会根据major、minor设备号，转换成对
file_operations结构的访问。常用的操作包括以下几种：lseek，移动文件指针的位置，只能用于可以随机存取的设备。read，进行读操作，参数buf为存放读取结果的缓冲区，count为所要读取的数据长度。返回值为负表示读取操作发生错误；否则，返回实际读取的字
节数。对于字符型，要求读取的字节数和返回的实际读取字节数都必须是inode-I_blksize的倍数。write，进行写操作，与read类似。select，进行选择操作。如果驱动程序没有提供select入口，select操作将会认为已经准备好进行任何的I/O操作。ioctl，进行读、写以外的其他操作，参数cmd为自定义的命令。mmap，用于把设备的内容映射到地址空间，一般只有块设备驱动程序使用。open，打开设备进行I/O操作。返回0表示成功，返回负数表示失败。如果驱动程序没有提供open入口，则只要/dev/device文件存在就认为打开成功。release，即close操作。在用户自己的驱动程序中，首先要根据驱动程序的功能，完成file_operations结构中函数实现。不需要的函数接口可以直接在
file_operations结构中初始化为NULL。file_operations变量会在驱动程序初
始化时，注册到系统内部。当操作系统对设备进行操作时，会调用驱动程序注册的file_operations结构中的函数指针。3 Linux对中断的处理在Linux系统中，对中断的处理是属于系统核心部分，因而如果设备与系统之间以中断方式进行数据交换，就必须把该设备的驱动程序作为系统核心的一部分。设备驱动程序通过调用request_irq函数来申请中断，通过free_irq来释放中断，它们被定义为：#include
int request_irq(unsigned int irq,
void(*handler)(int irq,void dev_id,struct pt_regs*regs)，
unsigned long flags,
const char*device,
void*dev_id);
void free_irq(unsigned int irq,void*dev_id);
参数irq表示所要申请的硬件中断号；handler为向系统登记的中断处理子程序，中断产生时由系统来调用，调用时所带参数irq为中断号；dev_id为申请时告诉系统的设备标识；regs为中断产生时的寄存器内容；device为设备名，将会出现在/proc/interrupts文件里；flag是申请时的选项，它决定中断处理程序的一些特性，其中最重要的是中断处理程序是快速处理程序还是慢速处理程序。快速处理程序运行时，所有中断都被屏蔽，而慢速处理程序运行时，除了正在运行的中断外，其他中断都没有被屏蔽。在Linux系统中，中断
可以被不同的中断处理程序共享。作为系统核心的一部分，设备驱动程序在申请和释放内存时不是调用malloc和free，而是kmalloc和kfree，它们被定义为：#include
void*kmalloc(unsigned int len,int priority);
void kfree(void*obj);
参数len为希望申请的字节数；obj为要释放的内存指针；priority为分配内存操作的优先级，即在没有空闲内存时如何操作，一般用GFP_KERNEL。与中断和内存不同，使用一个没有申请的I/O端口不会使系统产生异常，也就不会导致诸如“segmentation fault”一类的错误发生。任何进程都可以访问任何一个I/O 端口，此时系统无法保证对I/O端口的操作不会发生冲突，甚至因此而使系统崩溃，因此，在使用I/O端口前，也应该检查此I/O端口是否已经有别的程序在使用。若没有，再把此端口标识为正在使用，在使用完以后释放
它。在设备驱动程序中，可以调用printk来打印一些调试信息，用法与printf 类似。Printf打印的信息不仅出现在屏幕上，同时还记录在文件syslog里。4设备驱动的初始化设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化时向系统进行登记，以便系统在适当的时候调用。Linux系统里，通过调用
register_chrdev向系统注册字符型设备驱动程序。
register_chrdev定义为：
#include
#include
int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct
file_operations*fops);
其中，major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号，如果为0，则系统为此驱动程序动态分配一个主设备号。Name是设备名。Fops即上述对各个调用的入口点说明。此函数返回0时表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，
一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申请的主设备号正在被其他设备程序使用。如果动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。如果register_chrdev操作成功，设备名就会出现在
/proc/dvices文件中。Linux为每个设备在/dev目录中建立一个文件，若用ls–l 命令列出函数返回值，则小于0表示注册失败；返回0或者大于0的值表示注册成功。Linux kernel 2.0支持128个主设备号Linux kernel 2.2和2.4支持256个主设备号(0和255保留)。注册以后，Linux把设备名和主/次设备号联系起来。当有对此设备名的访问时，Linux通过请求访问的设备名
得到主/次设备号，然后把此访问分发到对应的设备驱动，设备驱动再根据次设备号调用不同的函数。当设备驱动模块从Linux内核中卸载，对应的主设备号必须被释放。在模块卸载调用cleanup_module()函数时，应该调用下面的函数卸载设备驱动：
int unregister_chrdev(unsigned int major,const char*name);
此函数的参数为主设备号major和设备名name。Linux内核把name和major在内核注册的名称对比，如果不相等，卸载失败，并返回-EINVAL；如果major大于最大的设备号，也返回-EINVAL。初始化部分一般还负责给设备驱动程序申请系统资源，包括内存、中断、时钟、I/O端口等，这些资源也可以在open子程序或者其他地方申请。这些资源不用时，应该释放，以利于资源的共享。
设备驱动的初始化函数只要完成的功能是：
(1)对驱动程序管理的硬件进行必要的初始化
对硬件寄存器进行设置。比如设置中断掩码，设置串口的工作方式、并口的数据方向等。
(2)初始化设备驱动相关的参数一般说来，每个设备都要定义一个设备变量，用以保存设备相关的参数。在
这里可以对设置变量中的项进行初始化。
(3)在内核注册设备
Linux内核通过设备的主设备号和从设备号来访问设备驱动，每个驱动程序都有唯一的主设备号。设备号可以自动获取，内核会分配一个独一无二的主设备号，但这样每次获得的主设备号可能不一样，设备文件必须重新建立，所有最好手工给设备分配一个主设备号。可以查看Linux文件系统中/proc下的devices文件，该文件记录内核中已经使用的主设备号和相应的设备名，选择一个没有被使用的主设备号，调用下面的函数来注册设备：
int register_chrdev(unsigned int,const char*,struct
filr_operations*)
其中三个参数分别表示主设备号、设备名称和上面定义的filr_operation结构地址。该函数是在/linux/include/linux/fs.h中定义的。
(4)注册中断
如果设备需要IRQ支持，则要注册中断。注册中断使用函数：
in request_irq(unsigned int irq,
void(*handler)(int,void*,struct pt_regs*),
unsigned long flags,
const char*device,
void*dev_id);
(5)其他初始化工作
比如给设备分配I/O。申请DMA通道等。若驱动程序是内核的一部分，则要按如下方式：
int__init chr_driver_init(void);
声明，注意不能缺少__init。在系统启动时会由内核调用chr_driver_init，完成驱动程序的初始化。
当驱动程序是以模块的形式编写时，则要按照如下方式：
int init_module(void)
注：当运行insmod命令插入模块时，会调用init_module函数完成初始化工作。
Linux设备驱动程序设计实例2007-03-03 23:09 Linux系统中，设备驱动程序是操作系统内核的重要组成部分，在与硬件设备之间 建立了标准的抽象接口。通过这个接口，用户可以像处理普通文件一样，对硬件设 备进行打开(open)、关闭(close)、读写(read/write)等操作。通过分析和设计设 备驱动程序，可以深入理解Linux系统和进行系统开发。本文通过一个简单的例子 来说明设备驱动程序的设计。 1、程序清单 //MyDev.c 2000年2月7日编写 #ifndef __KERNEL__ #define __KERNEL__//按内核模块编译 #endif #ifndef MODULE #define MODULE//设备驱动程序模块编译 #endif #define DEVICE_NAME "MyDev" #define OPENSPK 1 #define CLOSESPK 2 //必要的头文件 #include
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;
Linux设备驱动程序学习（18）－USB 驱动程序（三） (2009-07-14 11:45) 分类：Linux设备驱动程序 USB urb （USB request block） 内核使用2.6.29.4 USB 设备驱动代码通过urb和所有的 USB 设备通讯。urb用 struct urb 结构描述（include/linux/usb.h ）。 urb以一种异步的方式同一个特定USB设备的特定端点发送或接受数据。一个USB 设备驱动可根据驱动的需要，分配多个 urb 给一个端点或重用单个 urb 给多个不同的端点。设备中的每个端点都处理一个 urb 队列, 所以多个 urb 可在队列清空之前被发送到相同的端点。 一个 urb 的典型生命循环如下: （1）被创建； （2）被分配给一个特定 USB 设备的特定端点； （3）被提交给 USB 核心； （4）被 USB 核心提交给特定设备的特定 USB 主机控制器驱动； （5）被 USB 主机控制器驱动处理, 并传送到设备； （6）以上操作完成后，USB主机控制器驱动通知 USB 设备驱动。 urb 也可被提交它的驱动在任何时间取消；如果设备被移除，urb 可以被USB 核心取消。urb 被动态创建并包含一个内部引用计数，使它们可以在最后一个用户释放它们时被自动释放。 struct urb
struct list_head urb_list;/* list head for use by the urb's * current owner */ struct list_head anchor_list;/* the URB may be anchored */ struct usb_anchor *anchor; struct usb_device *dev;/* 指向这个 urb 要发送的目标 struct usb_device 的指针,这个变量必须在这个 urb 被发送到 USB 核心之前被USB 驱动初始化.*/ struct usb_host_endpoint *ep;/* (internal) pointer to endpoint */ unsigned int pipe;/* 这个 urb 所要发送到的特定struct usb_device 的端点消息,这个变量必须在这个 urb 被发送到 USB 核心之前被 USB 驱动初始化.必须由下面的函数生成*/ int status;/*当 urb开始由 USB 核心处理或处理结束, 这个变量被设置为 urb 的当前状态. USB 驱动可安全访问这个变量的唯一时间是在 urb 结束处理例程函数中. 这个限制是为防止竞态. 对于等时 urb, 在这个变量中成功值(0)只表示这个 urb 是否已被去链. 为获得等时 urb 的详细状态, 应当检查 iso_frame_desc 变量. */ unsigned int transfer_flags;/* 传输设置*/ void*transfer_buffer;/* 指向用于发送数据到设备(OUT urb)或者从设备接收数据(IN urb)的缓冲区指针。为了主机控制器驱动正确访问这个缓冲, 它必须使用 kmalloc 调用来创建, 不是在堆栈或者静态内存中。对控制端点, 这个缓冲区用于数据中转*/ dma_addr_t transfer_dma;/* 用于以 DMA 方式传送数据到 USB 设备的缓冲区*/ int transfer_buffer_length;/* transfer_buffer 或者 transfer_dma 变量指向的缓冲区大小。如果这是 0, 传送缓冲没有被 USB 核心所使用。对于一个 OUT 端点, 如果这个端点大小比这个变量指定的值小, 对这个USB 设备的传输将被分成更小的块，以正确地传送数据。这种大的传送以连续的 USB 帧进行。在一个 urb 中提交一个大块数据, 并且使 USB 主机控制器去划分为更小的块, 比以连续地顺序发送小缓冲的速度快得多*/
Linux2.6设备驱动常用的接口函数（一） ----字符设备 刚开始，学习linux驱动，觉得linux驱动很难，有字符设备，块设备，网络设备，针对每一种设备其接口函数，驱动的架构都不一样。这么多函数，要每一个的熟悉，那可多难啦！可后来发现linux驱动有很多规律可循，驱动的基本框架都差不多，再就是一些通用的模块。 基本的架构里包括：加载，卸载，常用的读写，打开，关闭，这是那种那基本的咯。利用这些基本的功能，当然无法实现一个系统。比方说：当多个执行单元对资源进行访问时，会引发竞态；当执行单元获取不到资源时，它是阻塞还是非阻塞？当突然间来了中断，该怎么办？还有内存管理，异步通知。而linux 针对这些问题提供了一系列的接口函数和模板框架。这样，在实际驱动设计中，根据具体的要求，选择不同的模块来实现其功能需求。 觉得能熟练理解，运用这些函数，是写号linux设备驱动的第一步。因为是设备驱动，是与最底层的设备打交道，就必须要熟悉底层设备的一些特性，例如字符设备，块设备等。系统提供的接口函数，功能模块就像是工具，能够根据不同的底层设备的的一些特性，选择不同的工具，方能在linux驱动中游刃有余。 最后就是调试，这可是最头疼的事。在调试过程中，总会遇到这样，那样的问题。怎样能更快，更好的发现并解决这些问题，就是一个人的道行咯！我个人觉得： 发现问题比解决问题更难！ 时好时坏的东西，最纠结！ 看得见的错误比看不见的错误好解决！ 一：Fops结构体中函数： ①ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); 用来从设备中获取数据. 在这个位置的一个空指针导致 read 系统调用以-EINVAL("Invalid argument") 失败. 一个非负返回值代表了成功读取的字节数( 返回值是一个 "signed size" 类型, 常常是目标平台本地的整数类型). ②ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 发送数据给设备. 如果 NULL, -EINVAL 返回给调用 write 系统调用的程序. 如果非负, 返回值代表成功写的字节数 ③loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); llseek 方法用作改变文件中的当前读/写位置, 并且新位置作为(正的)返回值. loff_t 参数是一个"long offset", 并且就算在 32位平台上也至少 64 位宽. 错误由一个负返回值指示. 如果这个函数指针是 NULL, seek 调用会以潜在地无法预知的方式修改 file 结构中的位置计数器( 在"file 结构" 一节中描述). ④int (*open) (struct inode *, struct file *);
Linux 内核文档翻译- driver-model/bus.txt Bus Types 总线类型 Definition 定义 ~~~~~~~~~~ See the kerneldoc for the struct bus_type. intbus_register(struct bus_type * bus); Declaration 声明 ~~~~~~~~~~~ Each bus type in the kernel (PCI, USB, etc) should declare one static object of this type. They must initialize the name field, and may optionally initialize the match callback. 内核中每个总线类型（PCI、USB 等等）都应该声明一个此类型的静态对象。它们必须初始化该对象的name 字段，然后可选的初始化match 回调函数。 structbus_typepci_bus_type = { .name = "pci", .match = pci_bus_match, }; The structure should be exported to drivers in a header file: 这个结构体应该在头文件中向驱动程序导出： extern struct bus_typepci_bus_type; Registration 注册 ~~~~~~~~~~~~ When a bus driver is initialized, it calls bus_register. This initializes the rest of the fields in the bus object and inserts it into a global list of bus types. Once the bus object is registered, the fields in it are usable by the bus driver. 当初始化一个总线驱动时，将会调用bus_register。这时这个总线对象剩下的字段将被初始化，然后这个对象会被插入到总线类型的一个全局列表里去。一旦完成一个总线对象的注册，那么对于总线驱动来说它里面的字段就已经可用了。
linux驱动程序的编写 一、实验目的 1.掌握linux驱动程序的编写方法 2.掌握驱动程序动态模块的调试方法 3.掌握驱动程序填加到内核的方法 二、实验内容 1. 学习linux驱动程序的编写流程 2. 学习驱动程序动态模块的调试方法 3. 学习驱动程序填加到内核的流程 三、实验设备 PentiumII以上的PC机，LINUX操作系统，EL-ARM860实验箱 四、linux的驱动程序的编写 嵌入式应用对成本和实时性比较敏感，而对linux的应用主要体现在对硬件的驱动程序的编写和上层应用程序的开发上。 嵌入式linux驱动程序的基本结构和标准Linux的结构基本一致，也支持模块化模式，所以，大部分驱动程序编成模块化形式，而且，要求可以在不同的体系结构上安装。linux是可以支持模块化模式的，但由于嵌入式应用是针对具体的应用，所以，一般不采用该模式，而是把驱动程序直接编译进内核之中。但是这种模式是调试驱动模块的极佳方法。 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,应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。同时,设备驱动程序是内核的一部分,它完成以下的功能:对设备初始化和释放;把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;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;检测和处理设备出现的错误。在linux操作系统下有字符设备和块设备，网络设备三类主要的设备文件类型。 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;块设备利用一块系统内存作为缓冲区,当用户进程对设备请求满足用户要求时,就返回请求的数据。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。 1 字符设备驱动结构 Linux字符设备驱动的关键数据结构是cdev和file_operations结构体。
Linux设备驱动程序学习（20）-内存映射和DMA-基本概念 (2011-09-25 15:47) 标签: 虚拟内存设备驱动程序Linux技术分类：Linux设备驱动程序 这部分主要研究 Linux 内存管理的基础知识, 重点在于对设备驱动有用的技术. 因为许多驱动编程需要一些对于虚拟内存（VM）子系统原理的理解。 而这些知识主要分为三个部分： 1、 mmap系统调用的实现原理：它允许设备内存直接映射到一个用户进程地址 空间. 这样做对一些设备来说可显著地提高性能. 2、与mmap的功能相反的应用原理：内核态代码如何跨过边界直接存取用户空间的内存页. 虽然较少驱动需要这个能力. 但是了解如何映射用户空间内存到内 核(使用 get_user_pages)会有用. 3、直接内存存取( DMA ) I/O 操作, 它提供给外设对系统内存的直接存取. 但所有这些技术需要理解 Linux 内存管理的基本原理, 因此我将先学习VM子 系统的基本原理. 一、Linux的内存管理 这里重点是 Linux 内存管理实现的主要特点，而不是描述操作系统的内存管理理论。Linux虚拟内存管理非常的复杂，要写可以写一本书：《深入理解Linux 虚拟内存管理》。学习驱动无须如此深入, 但是对它的工作原理的基本了解是必要的. 解了必要的背景知识后,才可以学习内核管理内存的数据结构. Linux是一个虚拟内存系统（但是在没有MMU的CPU中跑的ucLinux除外）, 意味着在内核启动了MMU 之后所有使用的地址不直接对应于硬件使用的物理地址，这些地址（称之为虚拟地址）都经过了MMU转换为物理地址之后再从CPU的内存总线中发出，读取/写入数据. 这样 VM 就引入了一个间接层, 它是许多操作成为可能： 1、系统中运行的程序可以分配远多于物理内存的内存空间，即便单个进程都可拥有一个大于系统的物理内存的虚拟地址空间. 2、虚拟内存也允许程序对进程的地址空间运用多种技巧, 包括映射程序的内存到设备内存.等等～～～ 1、地址类型 Linux 系统处理几种类型的地址, 每个有它自己的含义： 用户虚拟地址：User virtual addresses，用户程序见到的常规地址. 用户地址在长度上是 32 位或者 64 位, 依赖底层的硬件结构, 并且每个进程有它自己 的虚拟地址空间.
第一节基本概念 在设备模型里面，所有的东西都是kobject，这也是linux建立设备设计模型的目的（对比2.4之前），实现了统一的实体；我们理解上，却可以分为两个层次，一个是kobject，一个是管理kobject的kobject（可以把它叫做kset虽然有点绕，但是没有办法了，毕竟就像那个“世界上先有鸡还是先有蛋的哲学问题一下”）； kobject结构
1）前面两个顾名思义，就是name了，为什么会有两个呢？k_name就是指向name的，如何知道呢，呵呵，看一下代码 2）kref就是一个内核的原子计数结构，因为涉及内核的操作基本都需要是原子性的，为了大家的方便，kobject就把它包括进来了，所以大家就不必要各自定义自己的计数了（一般情况下：），poll也是类似，把等待队列包括进来； 3）entry 这个名字比较让人误解，其实看它的类型知道是list成员，它就是加入到kset的list 的那个零部件； 4）ktpye 要理解这个成员就稍微麻烦些了，先看一下定义 Default_attrs就是一种比较简单的设置属性文件的方法，它其实跟我们自己调用sysfs_create_file没有什么区别，呵呵，看一下代码就知道了，所以大家基本上可以把它忽略掉：），调用关系为kobject_add->create_dir->populate_dir 把一个忽略掉，剩下的两个就比较重要了；每个对象一般都有多个属性，用面向对象的角度来看，我们可以把对属性的操作抽象为show和store这一对方法，那么多个属性就会有多对show和store的方法；那么，为了实现对这些方法的统一调用，就利用ktype中的sysfs_ops 实现了多态；这样一来，对于sysfs中的普通文件读写操作都是由kobject->ktype->sysfs_ops
第一章Linux设备驱动程序简介 Linux Kernel 系统架构图 一、驱动程序的特点 ?是应用和硬件设备之间的一个软件层。 ?这个软件层一般在内核中实现 ?设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略，编写访问硬件的内核代码时不要给用户强加任何策略 o机制：驱动程序能实现什么功能。 o策略：用户如何使用这些功能。 二、设备驱动分类和内核模块 ?设备驱动类型。Linux 系统将设备驱动分成三种类型 o字符设备 o块设备 o网络设备 ?内核模块：内核模块是内核提供的一种可以动态加载功能单元来扩展内核功能的机制，类似于软件中的插件机制。这种功能单元叫内核模块。 ?通常为每个驱动创建一个不同的模块，而不在一个模块中实现多个设备驱动，从而实现良好的伸缩性和扩展性。 三、字符设备 ?字符设备是个能够象字节流<比如文件）一样访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。通过/dev下的字符设备文件来访问。字符设备驱动程序通常至少需要实现 open、close、read 和 write 等系统调用 所对应的对该硬件进行操作的功能函数。 ?应用程序调用system call<系统调用），例如：read、write，将会导致操作系统执行上层功能组件的代码，这些代码会处理内核的一些内部 事务，为操作硬件做好准备，然后就会调用驱动程序中实现的对硬件进 行物理操作的函数，从而完成对硬件的驱动，然后返回操作系统上层功 能组件的代码，做好内核内部的善后事务，最后返回应用程序。 ?由于应用程序必须使用/dev目录下的设备文件<参见open调用的第1个参数），所以该设备文件必须事先创建。谁创建设备文件呢？ ?大多数字符设备是个只能顺序访问的数据通道，不能前后移动访问指针，这点和文件不同。比如串口驱动，只能顺序的读写设备。然而，也 存在和数据区或者文件特性类似的字符设备，访问它们时可前后移动访
本讲主要概述Linux设备驱动框架、驱动程序的配置文件及常用的加载驱动程序的方法；并且介绍Red Hat Linux安装程序是如何加载驱动的，通过了解这个过程，我们可以自己将驱动程序放到引导盘中；安装完系统后，使用kudzu自动配置硬件程序。 Linux设备驱动概述 1. 内核和驱动模块 操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，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。正如我们查看屏幕上的文档时,不用去管到底使用nVIDIA芯片，还是ATI芯片的显示卡，只需知道输入命令后，需要的文字就显示在屏幕上。硬件驱动程序是操作系统最基本的组成部分，在Linux内核源程序中也占有较高的比例。 Linux内核中采用可加载的模块化设计（LKMs ，Loadable Kernel Modules），一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的，也就是将最基本的核心代码编译在内核中，其它的代码可以选择是在内核中，或者编译为内核的模块文件。 如果需要某种功能，比如需要访问一个NTFS分区，就加载相应的NTFS模块。这种设计可以使内核文件不至于太大，但是又可以支持很多的功能，必要时动态地加载。这是一种跟微内核设计不太一样，但却是切实可行的内核设计方案。 我们常见的驱动程序就是作为内核模块动态加载的，比如声卡驱动和网卡驱动等，而Linux最基础的驱动，如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、APM（高级电源管理）、VFS等驱动程序则编译在内核文件中。有时也把内核模块就叫做驱动程序，只不过驱动的内容不一定是硬件罢了，比如ext3文件系统的驱动。 理解这一点很重要。因此，加载驱动时就是加载内核模块。下面来看一下有关模块的命令，在加载驱动程序要用到它们：lsmod、modprob、insmod、rmmod、modinfo。 lsmod
文库资料?2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 如何实现Linux 设备驱动模型 设备驱动模型，对系统的所有设备和驱动进行了抽象，形成了复杂的设备树型结构，采用面向对象的方法，抽象出了device 设备、driver 驱动、bus 总线和class 类等概念，所有已经注册的设备和驱动都挂在总线上，总线来完成设备和驱动之间的匹配。总线、设备、驱动以及类之间的关系错综复杂，在Linux 内核中通过kobject 、kset 和subsys 来进行管理，驱动编写可以忽略这些管理机制的具体实现。 设备驱动模型的内部结构还在不停的发生改变，如device 、driver 、bus 等数据结构在不同版本都有差异，但是基于设备驱动模型编程的结构基本还是统一的。 Linux 设备驱动模型是Linux 驱动编程的高级内容，这一节只对device 、driver 等这些基本概念作介绍，便于阅读和理解内核中的代码。实际上，具体驱动也不会孤立的使用这些概念，这些概念都融合在更高层的驱动子系统中。对于大多数读者可以忽略这一节内容。 1.1.1 设备 在Linux 设备驱动模型中，底层用device 结构来描述所管理的设备。device 结构在文件
Linux设备驱动程序学习（15） -Linux设备模型（热插拔、mdev 与firmware） 热插拔 有2 个不同角度来看待热插拔： 从内核角度看，热插拔是在硬件、内核和内核驱动之间的交互。 从用户角度看，热插拔是内核和用户空间之间，通过调用用户空间程序（如hotplug、udev 和mdev）的交互。当需要通知用户内核发生了某种热插拔事件时，内核才调用这个用户空间程序。 现在的计算机系统，要求Linux 内核能够在硬件从系统中增删时，可靠稳定地运行。这就对设备驱动作 者增加了压力，因为在他们必须处理一个毫无征兆地突然出现或消失的设备。 热插拔工具 当用户向系统添加或删除设备时，内核会产生一个热插拔事件，并在/proc/sys/kernel/hotplug文件里查找处理设备连接的用户空间程序。这个用户空间程序主要有 hotplug:这个程序是一个典型的bash 脚本，只传递执行权给一系列位于/etc/hot-plug.d/ 目录树的程序。hotplug 脚本搜索所有的有 .hotplug 后缀的可能对这个事件进行处理的程序并调用它们, 并传递给它们许多不同的已经被内核设置的环境变量。(基本已被淘汰，具体内容请参阅《LDD3》) udev ：用于linux2.6.13或更高版本的内核上，为用户空间提供使用固定设备名的动态/dev目录的解 决方案。它通过在sysfs 的/class/ 和/block/ 目录树中查找一个称为dev 的文件，以确定所创建的 设备节点文件的主次设备号。所以要使用udev，驱动必须为设备在sysfs中创建类接口及其dev属性文件，方法和sculld模块中创建dev属性相同。udev的资料网上十分丰富，我就不在这废话了，给出以 下链接有兴趣的自己研究：
Linux设备驱动程序学习（10）-时间、延迟及延缓操作 Linux设备驱动程序学习（10） -时间、延迟及延缓操作 度量时间差 时钟中断由系统定时硬件以周期性的间隔产生，这个间隔由内核根据HZ 值来设定，HZ 是一个体系依赖的值，在
的.config文件中定义，并没有在make menuconfig的配置选项中出现。Linux的\arch\arm\configs\s3c2410_defconfig文件中的定义为： 所以正常情况下s3c24x0的HZ为200。这一数值在后面的实验中可以证实。 每次发生一个时钟中断，内核内部计数器的值就加一。这个计数器在系统启动时初始化为0，因此它代表本次系统启动以来的时钟嘀哒数。这个计数器是一个64-位变量( 即便在32-位的体系上)并且称为“jiffies_64”。但是驱动通常访问jiffies 变量（unsigned long）（根据体系结构的不同：可能是jiffies_64 ，可能是jiffies_64 的低32位）。使用jiffies 是首选，因为它访问更快，且无需在所有的体系上实现原子地访问64-位的jiffies_64 值。 使用jiffies 计数器 这个计数器和用来读取它的工具函数包含在
Linux设备驱动 操作系统的目的之一就是将系统硬件设备细节从用户视线中隐藏起来。例如虚拟文件系统对各种类型已安装的文件系统提供了统一的视图而屏蔽了具体底层细节。本章将描叙Linux核心对系统中物理设备的管理。 CPU并不是系统中唯一的智能设备，每个物理设备都拥有自己的控制器。键盘、鼠标和串行口由一个高级I/O芯片统一管理，IDE控制器控制IDE硬盘而SCSI控制器控制SCSI硬盘等等。每个硬件控制器都有各自的控制和状态寄存器(CSR)并且各不相同。例如Adaptec 2940 SCSI控制器的CSR与NCR 810 SCSI控制器完全不一样。这些CSR被用来启动和停止，初始化设备及对设备进行诊断。在Linux中管理硬件设备控制器的代码并没有放置在每个应用程序中而是由内核统一管理。这些处理和管理硬件控制器的软件就是设备驱动。Linux 核心设备驱动是一组运行在特权级上的内存驻留底层硬件处理共享库。正是它们负责管理各个设备。 设备驱动的一个基本特征是设备处理的抽象概念。所有硬件设备都被看成普通文件；可以通过和操纵普通文件相同的标准系统调用来打开、关闭、读取和写入设备。系统中每个设备都用一种特殊的设备相关文件来表示(device special file)，例如系统中第一个IDE硬盘被表示成/dev/hda。块(磁盘)设备和字符设备的设备相关文件可以通过mknod命令来创建，并使用主从设备号来描叙此设备。网络设备也用设备相关文件来表示，但Linux寻找和初始化网络设备时才建立这种文件。由同一个设备驱动控制的所有设备具有相同的主设备号。从设备号则被用来区分具有相同主设备号且由相同设备驱动控制的不同设备。例如主IDE硬盘的每个分区的从设备号都不相同。如/dev/hda2表示主IDE 硬盘的主设备号为3而从设备号为2。Linux通过使用主从设备号将包含在系统调用中的(如将一个文件系统mount到一个块设备)设备相关文件映射到设备的设备驱动以及大量系统表格中，如字符设备表，chrdevs。 Linux支持三类硬件设备：字符、块及网络设备。字符设备指那些无需缓冲直接读写的设备，如系统的串口设备/dev/cua0和/dev/cua1。块设备则仅能以块为单位读写，典型的块大小为512或1024字节。块设备的存取是通过
收稿日期:2005-09-22 作者简介:朱华生(1965-),男,江西临川人,副教授. 文章编号:1006-4869(2005)04-0051-03 基于Linux 系统的HHARM9电机驱动程序设计 朱华生,胡凯利 (南昌工程学院计算机科学与技术系,江西南昌330099) 摘 要:对嵌入式Linux 操作系统驱动程序的组成进行分析,讨论了驱动程序的基本框架,以HHARM9电机控制为实例,详细论述了电机驱动程序的实现过程. 关键词:嵌入式;Linux;驱动程序 中图分类号:TP316 文献标识码:A Linux System -Based Design of HHARM 9Electromotor Driver ZHU Hua -sheng,HU Ka-i li (Department of Computer and Science,Nanchang Institute of Technology,Nanchang 330099,China) Abstract:The paper analyses the composition of driver in embedded linux system,disuses its basic frame of driver,and illustrales the process of driver design of HHARM9electromotor in detail. Key words:Embedded;Linux; driver 嵌入式Linux 操作系统因具有免费、开放源代码、强大的网络功能等 特点,在嵌入式产品中得到越来越广泛的应用.基于Linux 操作系统的嵌入 式产品结构[1]如图1所示.本文主要探讨嵌入式系统驱动程序的设计. 1 嵌入式Linux 操作系统驱动程序简介 1)驱动程序和应用程序的区别 驱动程序的设计和应用程序的设计有很大的区别[2].首先,驱动程序 的设计要对硬件的结构、信号的工作流程十分清楚,而在应用程序的设计 中,一般不需要了解这些.其次,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),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.应用程序可以和GLIB C 库连接,因此可以包含标准的头文件,比如
Linux设备驱动程序简介 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。本人这几周来为实验室自行研制的一块多媒体卡编制了驱动程序，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)，表示是字符设备还蔤强樯璞?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. 读/写时，它首先察看缓冲区的内容，如果缓冲区的数据 如何编写Linux操作系统下的设备驱动程序 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驱动程序.不过我的kernel是2.0.34，在低版本的kernel上可能会出现问题，我还没测试过. [code]#define __NO_VERSION__
Linux设备模型：基本概念 1. 前言 在“Linux内核的整体架构”中，蜗蜗有提到，由于Linux支持世界上几乎所有的、不同功能的硬件设备（这是Linux的优点），导致Linux内核中有一半的代码是设备驱动，而且随着硬件的快速升级换代，设备驱动的代码量也在快速增长。个人意见，这种现象打破了“简洁就是美”的理念，是丑陋的。它导致Linux内核看上去非常臃肿、杂乱、不易维护。但蜗蜗也知道，这不是Linux的错，Linux是一个宏内核，它必须面对设备的多样性，并实现对应的驱动。 为了降低设备多样性带来的Linux驱动开发的复杂度，以及设备热拔插处理、电源管理等，Linux内核提出了设备模型（也称作Driver Model）的概念。设备模型将硬件设备归纳、分类，然后抽象出一套标准的数据结构和接口。驱动的开发，就简化为对内核所规定的数据结构的填充和实现。 本文将会从设备模型的基本概念开始，通过分析内核相应的代码，一步一步解析Linux设备模型的实现及使用方法。 2. Linux设备模型的基本概念 2.1 Bus, Class, Device和Device Driver的概念 下图是嵌入式系统常见的硬件拓扑的一个示例： 硬件拓扑描述Linux设备模型中四个重要概念中三个：Bus，Class和Device（第四个为Device Driver，后面会说）。 Bus（总线）：Linux认为（可以参考include/linux/device.h中struct bus_type的注释），总线是CPU和一个或多个设备之间信息交互的通道。而为了方便设备模型的抽象，所有的设备都应连接到总线上（无论是CPU内部总线、虚拟的总线还是“platform Bus”）。 Class（分类）：在Linux设备模型中，Class的概念非常类似面向对象程序设计中的Class （类），它主要是集合具有相似功能或属性的设备，这样就可以抽象出一套可以在多个设