Linux字符设备驱动框架

Linux字符设备驱动框架

1、驱动模块需要实现的函数
在Linux系统中，一切皆文件。应用层通过open,read,write,close实现对驱动的调用。

每一个系统调用，在驱动中都有与之对应的一个驱动函数，在 Linux 内核文件 include/linux/fs.h 中
有个叫做 file_operations 的结构体，此结构体就是 Linux 内核驱动操作函数集合，如下所示：

struct file_operations { 
　　struct module *owner;//拥有该结构的模块的指针，一般为THIS_MODULES  
   loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);//用来修改文件当前的读写位置  
   ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);//从设备中同步读取数据      ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);//向设备发送数据  
   ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);//初始化一个异步的读取操作   
   ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);//初始化一个异步的写入操作   
　　int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);//仅用于读取目录，对于设备文件，该字段为NULL   
   unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); //轮询函数，判断目前是否可以进行非阻塞的读写或写入   
　　int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); //执行设备I/O控制命令   
　　long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); //不使用BLK文件系统，将使用此种函数指针代替ioctl  
　　long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); //在64位系统上，32位的ioctl调用将使用此函数指针代替   
　　int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); //用于请求将设备内存映射到进程地址空间  
　　int (*open) (struct inode *, struct file *); //打开   
　　int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);   
　　int (*release) (struct inode *, struct file *); //关闭   
　　int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); //刷新待处理的数据   
　　int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); //异步刷新待处理的数据   
　　int (*fasync) (int, struct file *, int); //通知设备FASYNC标志发生变化   
　　int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);   
　　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);   
　　int (*check_flags)(int);   
　　int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);  
　　ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);  
　　ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);   
　　int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);   
};

因此我们在驱动程序里面实现file_operations的各个函数，就可以在应用层实现调用。当然也不是每一个驱动都需要实现file_operations的全部接口。

实现字符驱动步骤：

1、实现 open,read,write,release函数

/* 打开设备 */
static int Demo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/* 用户实现具体功能 */
	return 0;
}

/* 从设备读取 */
static ssize_t Demo_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{
	/* 用户实现具体功能 */
	return 0;
}

/* 向设备写数据 */
static ssize_t Demo_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
{
	/* 用户实现具体功能 */
	return 0;
}

 /* 关闭/释放设备 */
static int Demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/* 用户实现具体功能 */
	return 0;
}

2、定义自己的file_operations结构体

static struct file_operations demo_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = Demo_open,
	.read = Demo_read,
	.write = Demo_write,
	.release = Demo_release,
};

3、字符设备的注册与注销

我们有自己的file_operations结构体以后，需要注册到内核里面去，才能被应用层调用。
字符设备的注册和注销函数原型如下所示:
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
参数含义：
major： 主设备号， Linux 下每个设备都有一个设备号
name：设备名字，指向一串字符串。
fops： 结构体 file_operations 类型指针，指向设备的操作函数集合变量。

/* 驱动入口函数 */
static int __init demo_init(void)
{
	/* 入口函数具体内容 */
	int retvalue = 0;

	/* 注册字符设备驱动 */
	retvalue = register_chrdev(0, "chrdev_demo", &demo_fops);
	if(retvalue < 0){
		/* 字符设备注册失败,自行处理 */
	}
	return 0;
}

/* 驱动出口函数 */
static void __exit demo_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	unregister_chrdev(0, "chrdev_demo");
}

4、实现驱动指定的入口和出口函数

我们实现了驱动模块的入口函数与出口函数，但是Linux怎么才能知道这个是一个驱动的入口函数与出口函数呢？
使用module_init与module_exit函数告诉编译器。

module_init(demo_init); //注册模块加载函数
module_exit(demo_exit); //注册模块卸载函数

5、添加license信息

GPL 协议的传染性，LICENSE 必须采用 GPL 协议，不然不能使用

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wpgulang");

6、使用Makefile编译成.ko文件

KERNELDIR := /home/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imxrel_imx_4.1.15_2.1.0
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := chrdevbase.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

KERNELDIR 表示开发板所使用的 Linux 内核源码目录，使用绝对路径，根据自己的实际情况填写即可。
CURRENT_PATH 表示当前路径，直接通过运行“pwd”命令来获取当前所处路
径。
obj-m 表示将 chrdevdemo.c 这个文件编译为 chrdevdemo.ko 模块。

7、驱动模块的加载和卸载

使用命令 insmod加载驱动，使用rmmod卸载驱动。

insmod chrdevdemo.ko
rm chrdevdemo.ko