linux驱动程序接口

1. Linux驱动程序接口

系统调用是操作系统内核与应用程序之间的接口，设备驱动程序则是操作系统内核与机器硬件的接口。几乎所有的系统操作最终映射到物理设备，除了CPU、内存 和少数其它设备，所有的设备控制操作都由该设备特殊的可执行代码实现，此代码就是设备驱动程序。操作系统内核需要访问两类主要设备:字符设备和块设备。与 此相关主要有两类设备驱动程序，字符设备驱动程序和块设备驱动程序。Linux（也是所有UNIX）的基本原理之一是：系统试图使它对所有各类设备的输 入、输出看起来就好象对普通文件的输入、输出一样。设备驱动程序本身具有文件的外部特征，它们都能使用象
open（），close（），read（），write（）等系统调用。为使设备的存取能象文件一样处理，所有设备在目录中应有对应的文件名称，才可使用有关系统调用。
通常Linux驱动程序接口分为如下四层：
1).应用程序进程与内核的接口；
2).内核与文件系统的接口；
3).文件系统与设备驱动程序的接口；
4).设备驱动程序与硬件设备的接口。
§2. 驱动程序文件操作数据结构

每个驱动程序都有一个file-operation的数据结构，包含指向驱动程序内部函数的指针。file-operation的数据结构为：
struct file-operation {
int （*lseek）（）；
int （*read）（）；
int （*write）（）；
int （*readdir）（）；
int （*select）（）；
int （*ioctl）（）；
int （*mmap）（）；
int （*open）（）；
int （*close）（）；
int （*release）（）；
int （*fsync）（）；
int （*fasync）（）；
int （*check-media-change）（）；
int （*revalidate）（）；
}
内核中有两个表，一个用于字符设备驱动程序，一个用于块设备驱动程序。这两个表用于保存指向file-operation数据结构的指针，驱动程序内部函 数的地址保存在这一结构。内核用主设备号作为索引访问file-operation结构，可以访问驱动程序子程序地址。SBS617设备采用了PCI总线 字符设备的驱动程序实现方式。完成了设备驱动程序,经GNU软件编译，链接，产生一可加载模块，可以用于动态装入Linux操作系统内核，也可以在需要时 从内核中卸除。

§3. file_operations介绍
在结构file_operations里，指出了设备驱动程序所提供的入口点位置，分别是：
(1) lseek，移动文件指针的位置，显然只能用于可以随机存取的设备。
(2) read，进行读操作，参数buf为存放读取结果的缓冲区，count为所要读取的数据长度。返回值为负表示读取操作发生错误，否则返回实际读取的字节 数。对于字符型，要求读取的字节数和返回的实际读取字节数都必须是inode->i_blksize的的倍数。
(3) write，进行写操作，与read类似。
(4) readdir，取得下一个目录入口点，只有与文件系统相关的设备驱动程序才使用。
(5) selec，进行选择操作，如果驱动程序没有提供select入口，select操作将会认为设备已经准备好进行任何的I/O操作。
(6) ioctl，驱动程序特殊控制入口点,进行读、写以外的其它操作，参数cmd为自定义的命令。 这是很有意思的部分,之后我会详尽介绍;
(7) mmap，用于把设备的内容映射到地址空间，一般只有块设备驱动程序使用。
(8) open，打开设备准备进行I/O操作。返回0表示打开成功，返回负数表
示失败。如果驱动程序没有提供open入口，则只要/dev/driver文件存
在就认为打开成功。
(9) release，即close操作。
设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化的时候向系统进行登记，以便系统在适当的时候调用。

§4 PCI字符设备驱动程序

要设计PCI设备驱动程序，必须进一步结合硬件设备和PCI总线的特性。设计PCI设备驱动程序的重要任务是找寻相应的硬件并实现对它的访问。作为外围设 备的硬件必须响应三种地址空间的访问，即内存，IO，寄存器地址空间。前两种地址空间可以为PCI总线上的所有设备共享。寄存器空间占用物理地址,可以通 过特殊的函数来访问配置寄存器。一旦可以访问配置寄存器，设备驱动程序就可以访问硬件了。每个设备的PCI配置寄存器均由256Bytes构成，其中 64Bytes是标准化的,4Bytes标识了一个唯一的函数ID，通过这个ID驱动程序就可以定位该设备。
存取系统中的字符设备和存取系统文件一样。应用程序使用标准的系统调用来打开、读写和关闭设备，就像使用一个文件-样。当字符设备初始