驱动学习之字符设备驱动的原理

Posted 2020-08-19

1：嵌入式系统的整体工作原理

  应用层->API->设备驱动->硬件

  比如，在应用层，现在使用read函数去读取一个设备文件，这个read函数是属于应用层的，它不能直接读取设备文件，而是通过内核层的函数（其实就是和file_operations结构体中read这个函数指针相绑定的函数，这个函数才是真正操作硬件的函数）来实现读取文件，

2：file_operations结构体

（1）这个结构体里面存放的是一个驱动里面操作文件的各种函数指针，比如，现有一个驱动，它可以打开一个文件，那么这个驱动对应的fire_operation结构体里面的open函数指针就和这个驱动的打开文件的操作函数相绑定，当调用这个驱动去打开文件时，就会到这个驱动的fire_operation结构体中去找到open函数指针，进而找到驱动代码中对应的打开文件的函数。

（2）每个驱动都有一个fire_operations结构体，用来管理这个驱动的操作函数。

（3）设备驱动相内核注册时提供该结构体类型的变量。

2：注册字符驱动设备

（1）：为什么要注册：因为注册后内核才能找到这个驱动

（2）：谁去负责注册：驱动自己去注册

（3）向谁注册：向内核注册

（4）注册函数从哪来：注册函数是register_chrdev，有内核提供

（5）注册后的结果：注册后内核就能记录这个驱动的file_operations，将来要用到这个驱动的时候就可以通过这个驱动的file_operation来找到相应的驱动。

3：register_chrdev（驱动注册函数）

static inline int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,const struct file_operations *fops)
{
return __register_chrdev(major, 0, 256 , name, fops);
}

（1）路径为/include/linux/fs.h，所以以后使用的时候需要添加#include<linux/fd.h>

（2）作用：驱动向内核注册自己的file_operations

（3）返回值：注册成功返回0，注册失败返回一个负整数

（4）参数

  unsigned int major：主设备号，主设备号是内核或者自己给设备（硬件）定义的编号，将来要操作这个硬件的时候只要去调用这个编号（范围是0-255）就行。这设备号可以有内核自动分配，也可以由程序员自己指定，假如自己指定的编号比如是38已经被占用了，那么file_operations就会返回一个负整数，注册失败。

  const char *name：当前设备驱动的名字，便于程序员查看这个驱动的具体作用。

  const struct file_operations *fops：把这个驱动的file_operations结构体变量传给内核，用于注册这个驱动。

（5）static：为了防止和其他文件的函数重名

（6）inline：这个函数是定义在头文件中的，在预处理的时候头文件内容是在.c文件中原地展开的，所以当有多个.c文件调用这个头文件中时就会提示重复定义的错误。另一个原因是，这个函数的内容很短，使用inline就可以减少函数调用的开销，提高函数调用的速度。

4：内核如何管理字符设备驱动

（1）内核张有一个数组用来存储注册的字符设备驱动

（2）register_chrdev内部将我们要注册的驱动信息（主要是）存储在书中中相应的位置中

（3）使用cat /proc/devices去查看当前系统中已经注册的设备

5：proc文件系统

（1）/proc 文件系统是一种内核和内核模块用来向进程(process) 发送信息的机制(所以叫做/proc)。这个伪文件系统让你可以和内核内部数据结构进行交互，获取 有关进程的有用信息，在运行中(on the fly) 改变设置(通过改变内核参数)。 与其他文件系统不同，/proc 存在于内存之中而不是硬盘上。如果你察看文件/proc/mounts (和mount 命令一样列出所有已经加载的文件系统)，你会看到其中 一行是这样的：

grep proc /proc/mounts

/proc /proc proc rw 0 0

/proc 由内核控制，没有承载/proc 的设备。因为/proc 主要存放由内核控制的状态信息，所以大部分这些信息的逻辑位置位于内核控制的内存。对/proc 进行一次‘ls -l‘ 可以看到大部分文件都是0 字节大的；不过察看这些文件的时候，确实可以看到一些信息。这怎么可能？这是因为/proc 文件系统和其他常规的文件系统一样把自己注册到虚拟文件系统层(VFS) 了。然而，直到当VFS 调用它，请求文件、目录的 i-node 的时候，/proc 文件系统才根据内核中的信息建立相应的文件和目录。

（2）加载proc 文件系统

如果系统中还没有加载proc 文件系统，可以通过如下命令加载proc 文件系统：

mount -t proc proc /proc

上述命令将成功加载你的proc 文件系统。更多细节请阅读mount 命令的man page。

（3）察看/proc 的文件

/proc 的文件可以用于访问有关内核的状态、计算机的属性、正在运行的进程的状态等信息。大部分/proc 中的文件和目录提供系统物理环境最新的信息。尽管/proc 中的文件是虚拟的，但它们仍可以使用任何文件编辑器或像‘more‘, ‘less‘或‘cat‘这样的程序来查看。当编辑程序试图打开一个虚拟文件时，这个文件就通过内核中的信息被凭空地(on the fly) 创建了。这是一些我从我的系统中得到的一些有趣结果

参考

http://www.2cto.com/os/201202/119552.html

本文出自 “11664570” 博客，请务必保留此出处http://11674570.blog.51cto.com/11664570/1872407