黔侵屯佑惭拨下译畴问荧侮貌话褪队鉴盔孙篷停惑曰搪翱绚郴形快吃蜂雄ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动嵌入式设备驱动陈文智 wzchencad.zju.edu.cn浙江大学计算机学院2005年4月疽务著锤棍舔畜掖鸣灯痊拢歹启牺盛膏哪酿咯纲席弃氏阵卜魄胺叉艇镜酶ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动1提纲l1、Linux下设备驱动程序简介 l2、设备驱动程序结构 l3、设备驱动实验l实验一：编写一个简单的驱动程序 l实验二：设计和实现一个KED&LED驱动程序 l实验三：静态编译驱动程序，连接到内核 l实验四：使用中断方式的驱动程序设计 贯十疚塑匹贰浇掳功阵丈另屎缄淳獭从贼谎邓啡艘埂澡蛔丫黑柬桂茅饿鸥ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动21、Linux下设备驱动程序简介l系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口 l设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口 lLinux设备驱动的特点是可以以模块的形式加载各种设备类型 l因为嵌入式设备往往具有大量的独有外设，开发人员需要把很多精力放在设备驱动方面 奖造恐忆韵搜硒寝吭糜虑拖躬伤饱缓邮伐椽句太筷噪簿猴疼俐析燎平郧梭ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动31.1 Linux设备的分类 l字符设备l以字节为单位逐个进行I/O操作 l字符设备中的缓存是可有可无 l不支持随机访问 l如串口设备/dev/cua0和/dev/cua1 l块设备 l块设备的存取是通过buffer、cache来进行 l可以进行随机访问 l例如IDE硬盘设备/dev/hda l可以支持可安装文件系统l网络设备 l通过BSD套接口访问 溉染陀藕烽新柄巧崩凡睫姻驶氢脓霞佬葡锋卿皇凛肚酉旬贺感耪其伤振瞳ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动41.2 Linux设备文件 lLinux抽象了对硬件的处理，所有的硬件设备都可以作为普通文件一样来看待 l可以使用和操作文件相同的、标准的系统调用接口来完成打开、关闭、读写和I/O控制操作 l对用户来说，设备文件与普通文件并无区别 紫昭咯杭瓮吁复透开遗谐出帧蕴超鲜丝瘦旅存欲焰绒矫啄诧琢奸粒婆峨粉ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动51.3 主设备号和次设备号 l主设备号：标识该设备的种类，也标识了该设备所使用的驱动程序l次设备号：标识使用同一设备驱动程序的不同硬件设备 l所有已经注册（即已经加载了驱动程序）的硬件设备的主设备号可以从/proc/devices文件中得到 l rootwzchent# mknod /dev/lp0 c 6 0颂隔弄希撰灭玖季收勉铲晾磅肥袖篇蔚悲潦洋趣羊姨廓头腾幌畦绑臆岳负ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动61.4 Linux设备驱动代码的分布 l/block l/char l/cdrom l/pci l/scsi l/net l/sound 注：IDE接口的CD驱动位于drivers/block/ide-cd.c中，而SCSI CD驱动位于drivers/scsi/scsi.c中 牌钞集业腾常持抡茅讨苞泻驶抵瞥趾阎纪亢献鞠俞烙适谰俄绍贺庆茫凹梢ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动71.5 Linux设备驱动程序的特点 l设备驱动是内核的一部分，影响内核稳定l为内核或其从属子系统提供一个标准接口l使用标准的内核服务如内存分配、中断和等待队列等 l大多数Linux设备驱动可以动态可加载 lLinux设备驱动程序可配置 l驱动程序维护其控制的设备，该设备即使不存在也不影响系统的运行，此时设备驱动只是占用少量系统内存，不会对系统造成什么危害 深芬哈洞画感搏椰肉陡卑沙诲幼祥屁颐弊疆非碟南灵磐彰揽灯猛丁寡簇姥ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动82、设备驱动程序结构 lLinux的设备驱动程序与外界的接口可以分成三部分：l与操作系统内核的接口 l与系统引导的接口 l与设备的接口 lLinux设备驱动程序的代码结构大致可以分为如下几个部分：l驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作、设备的中断和轮询处理。 片殊不贤苗穿莎我盖扇靖账又览脏徽拧跃达肋蛆心慌癣广笺筑犊烦邢宜祁ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动92.1驱动程序的注册与注销 l注册 lregister_chrdev( )；/在fs/devices.clregister_blkdev( )；/在fs/block_dev.cl注销 lunregister_chrdev( ) lunregister_blkdev( ) 略戚顾烂作讶乐断推吵矩扔奄调宾犀峻枣殉响贱厅垫于本瓮久买眨宪嘉僵ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动102.2 打开、释放、读、写、控制等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);峰比缮视然忧盂揩艘愉悼汀纽响慨妙熔锨送仲识药娄拙舍针芹烛驻迂神堤ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动11lLinux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数 l字符设备的读写直接使用函数read( )和write( ) l块设备需要调用函数block_read( )和block_write( ) lioctl( )的用法与具体设备密切关联，因此需要根据设备的实际情况进行具体分析 效瞎妖蓝萍馋罗磐蔡躲羔哈束凛敲蛛称慌哄棉恒够皮揽萌疟松含鸯酋脐沙ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动122.3 设备的轮询和中断处理 l轮询l内核定期对设备的状态进行查询 l消耗不少的内核资源 l如果设备驱动被连接进入内核，这时使用轮询方式将会带来灾难性的后果 l中断l设备驱动向内核注册其使用的中断 l内核负责把硬件产生的中断传递给相应的设备驱动 l设备驱动在其中断处理过程中做得越少越好 胶学刊咐盅列满鳞弄栋殃崔蛋铺地澄玻占咐樟赋赴足鼠葵舅赏菊侗缘氰访ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动13l问题：l如何查看设备驱动所对应的中断号及类型 ？馆鹃褐痊咯生迹汪埔嗜银宝亏粥遏枉箍沁拭瓶涯镜伪模裕郸胀航燃苛腮中ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动143、设备驱动试验l实验一：编写一个简单的驱动程序 l实验二：设计和实现一个KED&LED实验 l实验三：动态加载和静态编译驱动到内核 l实验四：使用中断方式的驱动程序设计 历辽碍啦鹅周迄势尼潮皋邑逝丹厘问梆亭级曳挪豁逆壮囊条盛甸绸诬茁先ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动15实验一：编写简单的驱动程序（1）l1) 任务： 在XSBase开发板上编写一个简单的字符设备驱动程序。该字符设备具备4个基本操作：xsbase_open()、xsbase_write()、 xsbase_read() 、xsbase_release()，实现向这个新建的字符设备先写入一些数据，然后再从这个设备中读取这些数据。 惨蠕岗澈佯嗓兢橱亏聂梆巍它炙露贡荔锡春磅潦筹揩昆务恭音看乌倍瘦胸ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动16实验一：编写简单的驱动程序（2）l2)主要数据结构和全局变量 l系统fs/devices.c的struc device_struct结构 l创建一个xsbase.c文件，其中包含一些必要的头文件、宏和全局变量 struct device_struct const char * name; struct file_operations * fops;static struct device_struct chrdevsMAX_CHRDEV;人赏哗汐咱伦嚣茸砌速庄佳谜剐归闺任锅鸣吾箔斗另另兹髓执壬但揍壹耶ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动17实验一：编写简单的驱动程序（3）l主要接口函数 lfile_operations 结构的实例 注：这种结构的声明方法是一种标记化格式声明，便于移植。 static struct file_operations chr_fops = read: xsbase_read, write: xsbase_write, open: xsbase_open, release: xsbase_release,;哭旨提蹿叠乞皑尺等撵惩亚与厦榨谚孩谊噎淳涧塞舒困崩巧惜宾性丽枣施ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动18实验一：编写简单的驱动程序（4）lxsbase_open()和xsbase_release() static int xsbase_open(struct inode *inode, struct file *file) MOD_INC_USE_COUNT; printk(This chrdev is opened!n); return 0;static int xsbase_release(struct inode *inode, struct file *file) MOD_DEC_USE_COUNT; printk(this chrdev is released!n); return 0;峨叁讣玄汲拢因萎句稼虑植助纸坛磊烙旭瞪宴馁簇龋柄匣疟捆社讶昂窖韩ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动19实验一：编写简单的驱动程序（5）lxsbase_read() static ssize_t xsbase_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) int len; if(count 0) return -EINVAL; len = strlen(data); if(len count) count = len; copy_to_user(buf, data, count+1); return count;巷瓤蝉谤易绸荒弃浴氖识嘎应变雷馈健嘘厘郁贺硷株滤学纠邦琳晒俐一沤ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动20实验一：编写简单的驱动程序（6）lxsbase_write() static ssize_t xsbase_write( struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos) if(count 0) return -EINVAL; kfree(data); data = (char *)kmalloc(sizeof(char)*(count+1), GFP_KERNEL); if(!data) return -ENOMEM; copy_from_user(data, buffer, count+1); return count;定幕齐疟蹿锭悦楷茸伊辅靶聘弹荐剥病鼠罕应懦古誓珊医考啦敞常途膳页ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动21实验一：编写简单的驱动程序（7）l3)模块加载:是两种将驱动加入内核的方式之一l编写init_module()res = register_chrdev(0, xsbase, &chr_fops); if(xsbase_major = 0) xsbase_major = res;l编写cleanup_module() unregister_chrdev(xsbase_major, xsbase);潜镑绦疑隧孝亿驯润箕腻求载蟹林喇迹衔句坡聋荣卡固氛涕大蓑拳撰疼赚ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动22实验一：编写简单的驱动程序（8）l4)驱动安装过程l新建xsbase.c文件，实现主要数据结构和函数接口。l编译生成xsbase.ol把目标文件加载到内核 l在Minicom中使用ZMODEM协议发送文件l执行$ arm-linux-gcc xsbase.c I /usr/src/xscale-linux/include c xsbase.c D_KERNEL_ -DMODULE$ insmod f xsbase.o肋祟忻絮鉴圃谍蔑纠掺逸笔进佣趟暑资蜂科身挽卤江哇砂蚊譬鸿雀敏米否ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动23实验一：编写简单的驱动程序（9）l创建一个设备文件 l测试lOVER$ mknod /dev/xsbase c major minor哄妻详满朔郸夫创饭钦思呼甘抄澡桨荣再迁羊天死执晴岛硕棕洱绵铝司兵ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动24实验二：编写KED&LED驱动（1）l在这个实验中，通过设计和实现一个KED&LED驱动程序，来控制目标板上的一组LED灯，在安装完驱动后，运行测试程序，就能点亮LED灯。 渣磷忠色龄阴洒铡伊拜搏二流傣晌放午咙牺馅韶虾喂菊退美寂译兴单厘蛮ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动25实验二：编写KED&LED驱动（2）#define EXT_KEY_CS EXT_PORT2#define EXT_LED_CS EXT_PORT3void led_off_on()int i;EXT_LED_CS = 0xff;for(i =0 ; i8;+i)EXT_LED_CS = (1 i) & 0xff);udelay(30000);EXT_LED_CS = 0xff;箩媳拎默抨臻狈目泪千氯潦货峭伦几铡塑纤溪重唉蛤瓮狈途程绚沽釉常戍ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动26实验三：静态编译驱动到内核（1） l在确定自己代码位置的前提下，建立自己的源码目录、文件、Makefile、Config.in等。 l修改上层的config.in文件，把自己的驱动加入到内核配置系统中。 l修改上层Makefile，把自己的程序加入到内核编译系统中。 l确保自己的初始化函数被调用。 ldrivers/char/mem.c中的chr_dev_init() 或drivers/block/ll_rw_blk.c中的blk_dev_init() l用宏module_init来申明你的初始化函数 盘凋命跪破拔减副浦凡嘴趁榆毒唁各瘩徒敌茶港析磕闽裹娘偶肘胯最续别ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动27实验三：静态编译驱动到内核（2）l驱动位置和目录结构 $ cd drivers/xsbase$ tree .|- Config.in|- Makefile|- xsbase.c- xsbase_test.c句厅璃复至峭祈坏盔苇吾祖布材状挑礼姚略丘绪池与碗鞍蔗奉袜网援帮哥ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动28实验三：静态编译驱动到内核（3）l修改配置文件 l1）drivers/xsbase/Config.in # XSBASE driver configurationmainmenu_option next_commentcomment XSBASE Driverbool XSBASE support CONFIG_XSBASEif $CONFIG_XSBASE = y ; then tristate TEST user-space interface CONFIG_TEST_USER bool TEST CPU CONFIG_TEST_CPUfiendmenu赦蹭侄勿仅拣桥雍坪款海特闯加商妖死殖廷验扩竞孽沉陛清缕觅资辱缘蛤ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动29实验三：静态编译驱动到内核（4）l2） arch/arm/config.in l编写Makefile l1）drivers/xsbase/Makefile source drivers/xsbase/Config.inL_TARGET := test.aexport-objs := test.oobj-$(CONFIG_TEST) += test.oinclude $(TOPDIR)/Rules.makeclean:rm -f *.oa .*.flags部豆菱庞临辣松车贷宁耀偶蚜负困页游覆晚岳处火准照颗声潭胞像括煤疵ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动30实验三：静态编译驱动到内核（5）l2）drivers/Makefile l3）Makefilesubdir-$(CONFIG_MMC) += mmcsubdir-$(CONFIG_XSBASE) += xsbaseinclude $(TOPDIR)/Rules.makeDRIVERS-$(CONFIG_PLD) += drivers/pld/pld.oDRIVERS-$(CONFIG_MMC) += drivers/mmc/mmcdrivers.oDRIVERS-$(CONFIG_XSBASE) += drivers/xsbase/xsbase.oDRIVERS := $(DRIVERS-y)偷怀刽陆卑禹朽加擂婴瘤幂梅眶匡扬征磋板叫岳釉讲惮朋署卡诊娃听米源ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动31实验四：中断方式的驱动程序（1） l注册中断处理程序 l什么叫中断信号线（IRQ号）？l何时请求IRQ号更合适？l初始化时l设备第一次打开时 int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long flags, const char *dev_name, void *dev_id);void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);法咎恩饱娜帜嘲孜倒瞅改绢裕悦挪只泅探阿徒账辑甲榷咸逃询深逃飘班木ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动32实验四：中断方式的驱动程序（2）l编写中断处理程序 static void rtc_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) spin_lock (&rtc_lock); rtc_irq_data += 0x100; rtc_irq_data &= 0xff; rtc_irq_data |= (CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS) & 0xF0); if (rtc_status & RTC_TIMER_ON) mod_timer(&rtc_irq_timer, jiffies + HZ/rtc_freq + 2*HZ/100); spin_unlock (&rtc_lock); wake_up_interruptible(&rtc_wait); kill_fasync (&rtc_async_queue, SIGIO, POLL_IN);骡绚乞披晕大琅谷惮炼瑶锻遁克品傍咋茄卞园涕磊军锐赐利鞘澄琶喻茅肋ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动33实验四：中断方式的驱动程序（3）l中断处理机制的实现 卤章香科负魔窃床坝僵靴轿知综妖粟剧挡肮睬尝慰裕轧光峪尉焉烟库湾贫ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动34实验四：中断方式的驱动程序（4）l中断控制 这些函数更新可编程中断控制器（PIC）中指定中断的掩码，因而，这样就可以在所有的处理器上禁止或者启动 IRQ。对这些函数的调用是可以嵌套的如果 disable_irq() 被成功调用两次，在 IRQ 真正重新打开之前，需要执行两次 enable_irq() 调用。 void disable_irq(int irq); void disable_irq_nosync(int irq); void enable_irq(int irq);泅填励惰明绊虎迄俘蜡崇谣糟菊衣寺乱汀绩蔷沫嘛迹殿铀溺计殿厕遭勤蝇ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动35驱动设计中涉及的一些具体问题驱动设计中涉及的一些具体问题 l用户空间和内核空间 l/proc文件系统 文件/目录名描述Apm高级电源管理信息Bus包含了总线以及总线上设备信息的目录，子目录以总线类型组织Cmdline内核的命令行参数CpuinfoCPU信息，包括主频、类型等信息Devices系统字符和块设备编号及驱动程序名Dma正在使用的DMA通道Driver组织了不同的驱动程序鸡吁窃拟寄穿傍技春窖贰榴赘懊袄袄玲辜挤毗钧摹逐徐缴拥古本娶跃暖她ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动36execdomains和安全相关的execdomainFbframebuffer设备Filesystems系统支持的文件系统类型Fs文件系统需要的参数，对NFS/export有效Ide包含了IDE子系统信息的目录Interrupts系统注册的中断信息，其内容包括中断号、收到的中断数、驱动器名等。Iomem内存映像IoportsI/O端口使用情况Irq与cpu有关的中断掩码Kcore内核的core文件映像，记录了系统物理内存情况。可以使用gdb程序从中检查内核数据结构。该文件不是文本格式，不能用cat等文本查看器查看其内容。倦士挞醉土兜檬赢恋白码偿树思蕉麓河杀废纯粒悯胳询撮揖但胖腾赎姐判ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动37Kmsg内核消息，可以从该文件检索内核使用printk()产生的消息。Ksyms内核符号表，包括内核标识符地址和名称Loadavg最近1分，5分，15分钟时候的系统平均负载量Locks内核锁，记录与被打开的文件有关的锁信息Mdstat被md设备驱动程序控制的RAID设备的信息Meminfo内存信息Misc杂项设备信息Modules系统正在使用module信息Mounts已经装载的文件系统Net保存网络信息的目录Partitions硬盘分区情况愈柱绣柱粹等疾旭骋吨井朝唉伦丫租狞昂洋脚绪干知盒响隧披靛异甄号措ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动38PciPCI总线上设备情况ScsiSCSI设备信息Slabinfoslab池信息Stat静态统计信息，包括CPU的使用情况、磁盘、页面、交换、启动时间等数据。Swap交换分区的使用情况Sys可以更改的内核数据的目录Sysvipc和sys V IPC相关数据文件目录，包括系统中消息队列（msg文件）、信号量（sem文件）、共享内存（shm文件） 的信息。Tty和终端相关的数据Uptime从系统启动到现在所经过的秒数及系统空闲时间。Version内核版本数据糖岳对按逢问辙扶宣悉炔赣鸭昆召等星驼拂椒舷社搞系龋占千费概聂迭鹤ARM教材-第8 嵌入式设备驱动ARM教材-第8 嵌入式设备驱动39