Linux设备驱动程序设计.ppt

Linux 设备驱动程序设计,Linux设备驱动程序设计,郗闽军牛建伟,实验目的,学习Linux下进行驱动程序设计的原理掌握Linux设备驱动程序开发的基本过程和设计方法,实验内容,内核驱动设计入门模块方式驱动程序（5.1）内核驱动设计实验触摸屏驱动（5.2）写一个简单的应用程序，显示触摸位置的坐标（x,y）开发一个LED（数码管）驱动程序，并编写一个应用程序对所开发的驱动程序进行测试（大作业）实验实现的功能是上电复位后，数码管显示数字0-7，然后每一个数字依次闪烁一次，小数点也要点亮，即：0.1.2.3.4.5.6.7.,Linux的设备驱动程序,硬件设备与应用程序之间的一个中间软件层它使得某个特定硬件能够响应一个定义良好的内部编程接口，同时完全隐蔽了设备的工作细节用户通过一组与具体设备无关的标准化的调用来完成相应的操作驱动程序的任务就是把这些标准化的系统调用映射到具体设备对于实际硬件的特定操作上驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、DMA等操作驱动程序在用户态和内核态之间传递数据,设备驱动程序的分类,字符设备所有能够象字节流一样访问的设备都通过字符设备来实现它们被映射为文件系统中的节点，通常在/dev/目录下面一般要包含open read write close等系统调用的实现块设备通常是指诸如磁盘、内存、Flash等可以容纳文件系统的存储设备。块设备也是通过文件系统来访问，与字符设备的区别是：内核管理数据的方式不同它允许象字符设备一样以字节流的方式来访问，也可一次传递任意多的字节。网络接口设备通常它指的是硬件设备，但有时也可能是一个软件设备(如回环接口loopback)，它们由内核中网络子系统驱动，负责发送和接收数据包。它们的数据传送往往不是面向流的，因此很难将它们映射到一个文件系统的节点上。,基本概念,主设备号和次设备号主设备号和次设备号能够唯一地标识一个设备128（V2.0以前),256(V2.0以后)主设备号相同的设备使用相同的驱动程序，次设备号用于区分具体设备的实例动态获取主设备号Linux下对设备号的分配请参考Documentation/devices.txt设备文件 Linux使用设备文件来统一对设备的访问接口，将设备文件放在/dev/目录下设备的命名一般为设备文件名+数字或者字母表示的子类，例如/dev/hda1,/dev/hda2等Linux 2.4以后引入了设备文件系统（devfs）的概念，所有的设备文件作为一个可以挂装的文件系统，这样就可以被文件系统统一管理，从而设备文件就可以挂装到任何需要的地方。一般将主设备建立一个目录，再将具体的子设备文件建立在此目录下。例如，/dev/mtdblock0,基本概念,驱动程序使用的2个重要结构struct filestruct file_operations,基本概念,struct file,基本概念,struct file数据结构定义位于include/fs.hstruct file结构与驱动相关的成员mode_t f_mode标识文件的读写权限loff_t f_pos当前读写位置unsigned int_f_flag文件标志，主要进行阻塞/非阻塞型操作时检查struct file_operation*f_op 文件操作的结构指针void*private_data驱动程序一般将它指向已经分配的数据struct dentry*f_dentry 文件对应的目录项结构,基本概念,设备驱动程序接口(struct file_operations),标记化方法：static struct file_operations demo_fops=owner:THIS_MODULE,write:demo_write,read:demo_read,ioctl:demo_ioctl,open:demo_open,release:demo_release,;,基本概念,设备驱动程序接口（struct file_operations）通常所说的设备驱动程序接口是指struct file_operations，它的定义位于include/linux/fs.h中。在嵌入式系统的开发中，通常只要实现如下几个接口函数就能完成系统所需要的功能init加载驱动程序时，内核自动调用read从设备中读取数据write向字符设备中写数据ioctl控制设备，实现除读写操作以外的其他控制命令open打开设备并进行初始化release关闭设备并释放资源exit 卸载驱动程序时，内核自动调用,基本概念,驱动程序注册过程（动态分配主设备号）insmod module_name;加载驱动程序，运行init函数(register_chrdev(dev_Major,“module_name”,*fs)查看/proc/devicesmknod/dev/module_name c/b 主设备号 次设备号rmmod module_name;卸载驱动，运行 exit函数（unregister_chrdev(dev_Major,“module_name”,*fs)）用户程序调用Open(“/dev/module_name”,mode);O_RDWRIoctl()Write()Read()Close(),开发驱动程序时须注意的事项,中断处理中断是现代微处理器的一个重要功能Linux驱动程序中的中断处理函数extern int request_irq(unsigned int irq,void(*handler)(int,void*,struct pt_regs*),unsigned long flag,const char*dev_name,void*dev_id);/请求为中断号irq分配中断处理函数extern void free_irq(unsigned int,void*);/释放中断 注意事项不能向用户空间发送或者接收数据不能执行有睡眠操作的函数不能调用调度函数谨慎使用全局变量（可重入）自旋锁的使用,基本概念,字符设备的管理驱动程序模块通过函数int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops)完成向内核的注册，其中major是主设备号，name是设备名，fops是针对该设备的驱动程序的接口。在系统中为驱动程序模块建立一个设备节点minjunRedHatAS$mknod/dev/demo c 254 0其中/dev/demo标识设备名为demo，“c”说明是字符设备，254是指定的主设备号，0是次设备号,基本概念,驱动程序的编译以demo.c为例Makefile的形式参考实验指导书命令行的形式minjunRedHatAS$armv4l-unknown-linux-gcc-Wall-c-O-D_KERNEL_-I/home/minjun/embedded/kernel-2410s/include demo.c-o demo.o加载驱动minjunRedHatAS$insmod demo.o卸载驱动minjunRedHatAS$rmmod demo.o,基本概念,测试程序实例/test.c#include#include#includeint main()int fd;fd=open(/dev/demo,O_RDWR);if(fd 0)exit(fd);/your code hereread(fd,buffer,size);write(fd,buffer,size);.close(fd);return 0;,驱动程序的实现驱动程序框架,#include#include#include#include/*printk()*/#include/*everything.*/#include/*error codes*/#include/*size_t*/#include#include/*O_ACCMODE*/#include/*COPY_TO_USER*/#include/*cli(),*_flags*/#define DEVICE_NAMEdemo#define demo_MAJOR 250#define demo_MINOR 0static ssize_t demo_write(struct file*filp,const char*buffer,size_t count)copy_from_user(drv_buf,buffer,count);WRI_LENGTH=count;printk(user write data to drivern);/your code herereturn count;,驱动程序的实现驱动程序框架,static ssize_t demo_read(struct file*filp,char*buffer,size_t count,loff_t*ppos)if(count MAX_BUF_LEN)count=MAX_BUF_LEN;copy_to_user(buffer,drv_buf,count);printk(user read data from drivern);return count;static int demo_ioctl(struct inode*inode,struct file*file,unsigned int cmd,unsigned long arg)printk(ioctl runingn);switch(cmd)case 1:printk(runing command 1 n);break;case 2:printk(runing command 2 n);break;default:printk(error cmd numbern);break;return 0;static int demo_open(struct inode*inode,struct file*file)MOD_INC_USE_COUNT;sprintf(drv_buf,device open sucess!n);printk(device open sucess!n);return 0;,驱动程序的实现驱动程序框架,static int demo_release(struct inode*inode,struct file*filp)MOD_DEC_USE_COUNT;printk(device releasen);return 0;static struct file_operations demo_fops=owner:THIS_MODULE,write:demo_write,read:demo_read,ioctl:demo_ioctl,open:demo_open,release:demo_release,;static int _init demo_init(void)SET_MODULE_OWNER(,驱动程序的实现驱动程序框架,open提供给驱动程序初始化设备的能力，为后续的操作做准备此外一般会递增使用计数，防止文件关闭前模块被卸载通常情况下，open完成如下工作：递增使用计数检查特定设备错误如果设备是首次打开，则对其进行初始化识别次设备号，如有必要，则修改f_op指针分配并填写filp-private_data中的数据release与open正好相反释放由open分配的filp-private_data中的数据在最后一次关闭操作时关闭设备使用计数减一,驱动程序的实现驱动程序框架,read和writeread将数据从内核拷贝到应用程序空间，write则将数据从应用程序空间拷贝到内核。由于用户空间和内核空间的内存映射方式不同，所以在内核和用户空间传输数据的时候需要使用如下的函数unsigned long copy_to_user(void*to,const void*from,unsigned long count);unsigned long copy_from_user(void*to,const void*from,unsigned long count);在阻塞型IO中，read和write调用可能会出现阻塞read调用当前无数据可读，而又没有数据马上可读，这时会睡眠并且等待，write调用也会出现这样的情况等待队列机制wait_queue_head_t;(定义在中)如果声明了等待队列并完成初始化，进程就可以睡眠，可以调用sleep_on的不同变体来完成睡眠(函数声明位于中)大多数情况下应使用“可中断”的函数，如interruptible_sleep_on。睡眠进程被唤醒并不一定代表有数据，也有可能是被其他的信号唤醒，所以醒来后需要测试condition.,8段LED显示器外形原理图,一个数码管（LED）由一个8位的字节控制当该位为“1”时点亮，为“0”时灭,LED连接原理图,LED显示驱动器,ZLG7290 I2C LED/键盘 驱动器I2C 串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口可驱动8 位共阴数码管或64 只独立LED 和64 个按键可控扫描位数可控任一数码管闪烁提供数据译码和循环移位段寻址等控制8 个功能键可检测任一键的连击次数无需外接元件即直接驱LED 可扩展驱动电流和驱动电压详细资料参加课程网站上的：zlg7290.pdfzlg7290_led.pdf,图1 ZLG7290引脚图,LED显示驱动器功能框图,IIC基地址是0 x70有24个8位寄存器（0 x00 x17）,通过IIC总线访问，必须是字节操作主要寄存器 SystemReg 0 x0 FlashOnOff 0 x0c ScanNum 0 x0d DpRam07 0 x10-0 x17 CmdBuf01 0 x7-0 x8两种控制方式：-寄存器映象控制-命令解释控制参考zlg7290.pdf,LED驱动程序的主要函数,static int led_write(struct file*filp,const char*buffer,size_t count,loff_t*ppos)static int led_ioctl(struct inode*inode,struct file*file,unsigned int cmd,unsigned long arg)static int led_open(struct inode*inode,struct file*filp)static int led_release(struct inode*inode,struct file*filp)static int _init led_init(void)static void _exit led_exit(void)static struct file_operations led_fops=owner:THIS_MODULE,open:led_open,release:led_release,write:led_write,ioctl:led_ioctl,;可以使用IIC_Write(char baseAddr,char offSet,char data)来设置寄存器的值（字节操作），该函数在iic.h文件中定义。,LED测试应用程序框架,#include#include#include#include#include int main()int fd;int ret;if(fd=open(/dev/led,O_RDWR)0)printf(open led device failed!n);exit(fd);ioctl(int fd,int cmd,);write(int fd,char*buf,int length);close(fd);return 0;,实验内容,内核驱动设计入门模块方式驱动程序（5.1）在PC linux和开发平台上运行通过内核驱动设计实验触摸屏驱动（5.2）写一个简单的应用程序，显示触摸位置的坐标（x,y）在开发平台上装载驱动程序，运行编写的测试应用程序开发一个LED（数码管）驱动程序，并编写一个应用程序对所开发的驱动程序进行测试(如果做不完，可以在下下次实验接着做)开发led_driver.c开发led_test.c,实验步骤-demo驱动程序,阅读和理解源代码进入/arm2410s/exp/drivers/demo,阅读理解源代码编译驱动模块修改Makefile文件,编译实验平台运行的驱动程序测试驱动程序装载驱动程序和建立设备文件节点insmod demo.o mknod/dev/demo c 254 0编译测试程序并运行 armv4l-unknown-linux-gcc test_demo.c o test_demo./test_demo,实验步骤-触摸屏驱动,测试驱动程序驱动程序位于内核源代码目录下面的drivers/char/下面,名称:s3c2410-ts-ads7843.o装载驱动程序和建立设备文件节点在将触摸屏驱动加载到内核中时,可以看到系统为触摸屏设备分配的设备号 insmod s3c2410-ts-ads7843.o如下图所示:分配的主设备号为253 mknod/dev/ts c 253 0,实验步骤-触摸屏驱动,编写应用程序需要用到的数据结构TS_RET当调用read()函数从触摸屏驱动中读取数据,读出TS_RET类型的数据结构定义如下:typedef struct unsigned short pressure;unsigned short x;unsigned short y;unsigned short pad;TS_RET;TS_RET ret;read(fd,(char*),LED实验在完成前两个实验后,开始编写LED的驱动程序用于在指定位置显示数字的复合指令其中A3A0 为显示缓存编号范围为0000B0111B 对应DpRam0 DpRam7 无效的编号不会产生任何作用;DP=1 时点亮该位小数点,Flash=1 时该位闪烁显示,Flash=0 时该位正常显示,D4D0 为要显示的数据译码规则按ZLG7290芯片资料的表述进行,如下表所示,开始实验,