標題：嵌入式Linux操縱系統的驅動步伐開發要點2008-11-28

嵌入式Linux操縱系統的驅動步伐開發要點 　在操縱系統">Linux操縱系統下有3類主要的設備文件類型：塊設備、字符設備和網絡設備。這種分類方法可以將控制輸入/輸出設備的驅動步伐與其他操縱系統軟件分離開來。

　　字符設備與塊設備的主要區別是：在對字符設備發出讀/寫哀求時，實際的硬件I/O一般緊接著發生。塊設備則否則，它利用一塊系統內存作為緩沖區，若用戶進程對設備的哀求能滿意用戶的要求，就返回哀求的數據；否則，就調用哀求函數來進行實際的I/O操縱。塊設備主要是針對磁盤等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間用來等待。網絡設備可以通過BSD套接口訪問數據。

　　每個設備文件都有其文件屬性(c/b)，體現是字符設備還是塊設備。另外每個文件都有2個設備號，第一個是主設備號，標識驅動步伐；第二個是從設備號，標識使用同一個設備驅動步伐的、差別的硬件設備。設備文件的主設備號必須與設備驅動步伐在登記時申請的主設備號一致，否則用戶進程將無法訪問驅動步伐。

　　系統調用時操縱系統內核與應用步伐之間的接口，設備驅動步伐是操縱系統內核與機器硬件之間的接口。設備驅動步伐是內核的一部分，它完成以下功能：

對設備初始化和釋放 把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據 讀取應用步伐傳送給設備文件的數據和回送應用步伐哀求的數據 檢測和處理設備出現的錯誤

　　MTD(Memory Technology Device)設備是閃存芯片、小型閃存卡、記憶棒之類的設備，它們在嵌入式設備中的使用正在不絕增加。MTD驅動步伐是在Linux下專門為嵌入式環境開發的新的一類驅動步伐。相對于通例塊設備驅動步伐，使用MTD驅動步伐的優點在于他們能更好的支持、管理給予閃存設備，有基于扇區的擦除和讀/寫操縱的更好的接口。

　　驅動步伐結構

　　Linux的設備驅動步伐可以分為3個主要組成部分：

　　1. 自動配置和初始化子步伐，負責監測所要驅動的硬件設備是否存在和能否正常工作。如果該設備正常，則對這個設備及其相關的設備驅動步伐需要的軟件狀態進行初始化。這部分驅動步伐僅在初始化時被調用一次。

　　2. 服務于I/O哀求的子步伐，又稱為驅動步伐的上半部分。調用這部分步伐是由于系統調用的結果。這部分步伐在執行時，系統仍認為是與進行調用的進程屬于同一個進程，只是由用戶態釀成了核心態，具有進行此系統調用的用戶步伐的運行環境，因而可以在其中調用sleep()等與進行運行環境有關的函數。

　　3. 中斷服務子步伐，又稱為驅動步伐的下半部分。在Linux系統中，并不是直接從中斷向量表中調用設備驅動步伐的中斷服務子步伐，而是由Linux系統來接收硬件中斷，再由系統調用中斷服務子步伐。中斷可以在任何一個進程運行時孕育發生，因而在中斷服務步伐被調用時，不克不及依賴于任何進程的狀態，也就不克不及調用任何與進程運行環境有關的函數。因為設備驅動步伐一般支持同一類型的若干設備，所以一般在系統調用中斷服務子步伐時，都帶有一個或多個參數，以唯一標識哀求服務的設備。

　　在系統內部，I/O設備的存/取通過一組固定的入口點來進行，這組入口點是由每個設備的驅動步伐提供的。詳細到Linux系統，設備驅動步伐所提供的這組入口點由一個文件操縱結構來向系統進行說明。file_operation結構定義于linux/fs.h文件中。

struct file_operation{
int (*lseek)(struct inode *inode, struct file *filp, off_t off, int pos);
int (*read)(struct inode *inode, struct file *filp, char *buf, int count);
int (*write)(struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf, int count);
int (*readdir)(struct inode *inode, struct file *filp, struct dirent *dirent, int count);
int (*select)(struct inode *inode, struct file *filp, int sel_type, select_table *wait);
int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned int arg);
int (*mmap)(void);
int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);
int (*release)(struct inode *inode, struct file *filp);
int (*fasync)(struct inode *inode, struct file *filp);
};

　　file_operation結構中的成員幾乎全部是函數指針，所以實質上就是函數跳轉表。每個進程對設備的操縱都會根據major、minor設備號，轉換成對file_operation結構的訪問。

常用的操縱包括以下幾種：

lseek, 移動文件指針的位置，只能用于可以隨機存取的設備。 read, 進行讀操縱，參數buf為存放讀取結果的緩沖區，count為所要讀取的數據長度。返回值為負體現讀取操縱發生錯誤；否則，返回實際讀取的字節數。對于字符型，要求讀取的字節數和返回的實際讀取字節數都必須是inode-i_blksize的倍數。 write, 進行寫操縱，與read類似 readdir, 取得下一個目錄入口點，只有與文件系統相關的設備步伐才使用。 select, 進行選擇操縱。如果驅動步伐沒有提供select入口，select操縱會認為設備已經準備好進行任何I/O操縱。 ioctl, 進行讀、寫以外的其他操縱，參數cmd為自定義的命令 mmap, 用于把設備的內容映射到地址空間，一般只有塊設備驅動步伐使用 open, 打開設備準備進行I/O操縱。返回0體現打開樂成，返回負數體現失敗。如果驅動步伐沒有提供open入口，則只要/dev/driver文件存在就認為打開樂成。 release, 即close操縱。

　　在用戶自己的驅動步伐中，首先要根據驅動步伐的功能，完成file_operation結構中函數實現。不需要的函數接口可以直接在file_operation結構中初始化為NULL。file_operation變量會在驅動步伐初始化時注冊到系統內部。當操縱系統對設備操縱時，會調用驅動步伐注冊的file_operation結構中的函數指針。

　　Linux對中斷的處理

　　在Linux系統里，對中斷的處理是屬于系統核心部分，因而如果設別與系統之間以中斷方式進行數據交換，就必須把該設備的驅動步伐作為系統核心的一部分。設備驅動步伐通過調用request_irq函數來申請中斷，通過free_irq來釋放中斷。它們被定義為：

＃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);

　　參數irq體現所要申請的硬件中斷號；handler為向系統登記的中斷處理子步伐，中斷孕育發生時由系統來調用，調用時所 帶參數irq為中斷號；dev_id為申請時告訴系統的設備標識；regs為中斷發生時的寄存器內容；device為設備名，將會出現在/proc/interrupts文件里；flag是申請時的選項，它決定中斷處理步伐的一些特性，其中最重要的是中斷處理步伐是快速處理步伐還是慢速處理步伐。快速處理步伐運行時，所有中斷都被屏蔽，而慢速處理步伐運行時，除了正在處理的中斷外，其他中斷都沒有被屏蔽。在Linux系統中，中斷可以被差別的中斷處理步伐共享。

　　作為系統核心的一部分，設備驅動步伐在申請和釋放內存時不是調用malloc和free，而代之以調用kmalloc和kfree，它們被定義為：

＃include
void *kmalloc(unsigned int len, int priority);
void kfree(void *obj);

　　參數len為希望申請的字節數；obj為要釋放的內存指針；priority為分配內存操縱的優先級，即在沒有足夠空閑內存時如何操縱，一般用GFP_KERNEL。