【Linux 驱动】设备驱动程序再理解

学习设备驱动编程也有一段时间了，也写过了几个驱动程序，因此有对设备驱动程序有了一些新的理解和认识，总结一下。学习设备驱动编程也有一段时间了，也写过了几个驱动程序，因此有对设备驱动程序有了一些新的理解和认识，总结一下。

★什么是驱动程序

刚开始学习设备驱动程序的时候，产生了许多的问题。什么是驱动程序？驱动程序是干嘛的？它是如何工作的？它又是如何跟操作系统联系起来的？一系列的问题，现在有些地方还是不一定清楚，但是相比起刚开始的那个阶段，感觉自己还是清楚了很多。

设备驱动程序说白了（实质)就是为应用程序提供一组操作硬件设备的接口。驱动程序是可以直接操作硬件上的资源，例如GPIO的各个寄存器，从而控制GPIO的方向（输出或是输入）、引脚的电平高低、中断等等。驱动程序所做的事情大部分与直接在51单片机或是AVR单片机写的程序的功能相似，与它们不同的是驱动程序向上是为操作系统提供统一的接口的。

★file_operations结构体

驱动设备有很多种，那么驱动它们的程序也会各有不同，那么驱动程序怎样向上提供统一的接口呢？最关键的就是这个结构体，它定义在include/linux/fs.h文件中

 

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struct file_operations {
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
    ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, 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);
    long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
    int (*open) (struct inode *, struct file *);
    int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
    int (*release) (struct inode *, struct file *);
    int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
    int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
    int (*fasync) (int, struct file *, int);
    int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
    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);
    int (*check_flags)(int);
    int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
    int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
    ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
};

通过这个结构体将驱动程序中操作硬件资源的函数链接起来。那么当操作系统知道了这个结构体之后，也就是知道了这个驱动程序。那么操作系统如何知道这个结构体呢？

 

其实，Linux下设备大概可以分为两种：字符设备、块设备。内核中用2个全局变量存放这两类驱动程序：

字符设备重要的结构体：

 

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static struct char_device_struct {
    struct char_device_struct *next;
    unsigned int major;
    unsigned int baseminor;
    int minorct;
    char name[64];
    struct file_operations *fops;
    struct cdev *cdev;      /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

当驱动程序调用register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)注册函数就是将file_operations结构体存放到数组chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]数组中，数组下标就是驱动主设备号，这样驱动程序就能和内核有了关联。

 

★设备文件

设备节点有什么用呢？我们知道在Liunx下，设备都是以文件的形式存在的。驱动程序运行在内核中，应用程序访问驱动程序是通过系统利用系统函数访问设备文件。因此文件系统中一定要有一个设备文件与你的设备驱动程序相对应，这样应用程序才能访问你的设备驱动程序。

设备文件一般放在/dev目录下面，你可以通过ls 命令查看。怎样创建设备文件节点呢？

可以使用mknod命令，例如我要创建一个主设备号为103，次设备号为0的字符设备文件，则可以输入：mknod /dev/XXX c 103 0 其中/dev/XXX中的XXX表示设备文件的名称