2. 设备驱动程序接口

Linux中的I/O子系统向内核中的其他部分提供了一个统一的标准设备接口，这是通过include/linux/fs.h中的数据结构file_operations来完成的：

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 *);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 *, loff_t, loff_t, 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 (*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 (*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);int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,loff_t len);
};

当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等操作时，Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程 序提供的函数。例如，当应用程序对设备文件执行读操作时，内核将调用file_operations结构中的read函数。

 

3. 设备驱动程序模块

Linux下的设备驱动程序可以按照两种方式进行编译，一种是直接静态编译成内核的一部分，另一种则是编译成可以动态加载的模块。如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态地卸载，不利于调试，所有推荐使用模块方式。

从本质上来讲，模块也是内核的一部分，它不同于普通的应用程序，不能调用位于用户态下的C或者C++库函数，而只能调用Linux内核提供的函数，在/proc/ksyms中可以查看到内核提供的所有函数。

在以模块方式编写驱动程序时，要实现两个必不可少的函数init_module( )和cleanup_module( )，而且至少要包含和两 个头文件。一般使用LDD3 例程中使用的makefile 作为基本的版本，稍作改变之后用来编译驱动，编译生成的模块（一般为.ko文件）可以使用命令insmod载入Linux内核，从而成为内核的一个组成部分，此时内核会调用 模块中的函数init_module( )。当不需要该模块时，可以使用rmmod命令进行卸载，此进内核会调用模块中的函数cleanup_module( )。任何时候都可以使用命令来lsmod查看目前已经加载的模块以及正在使用该模块的用户数。

 

程序员都倾向于动态创建设备号和设备结点，动态创建设备号和设备结点需要几个指定的函数，具体

可以参见“Linux字符驱动中动态分配设备号与动态生成设备节点”。

设备的打开与释放

打开设备是通过调用file_operations结构中的函数open( )来完成的，它是驱动程序用来为今后的操作完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中，open( )通常需要完成下列工作：

1.检查设备相关错误，如设备尚未准备好等。

2.如果是第一次打开，则初始化硬件设备。

3.识别次设备号，如果有必要则更新读写操作的当前位置指针f_ops。

4.分配和填写要放在file->private_data里的数据结构。

5.使用计数增1。

释放设备是通过调用file_operations结构中的函数release( )来完成的，这个设备方法有时也被称为close( )，它的作用正好与open( )相反，通常要完成下列工作：

1.使用计数减1。

2.释放在file->private_data中分配的内存。

3.如果使用计算为0，则关闭设备。

设备的读写操作

字符设备的读写操作相对比较简单，直接使用函数read( )和write( )就可以了。但如果是块设备的话，则需要调用函数block_read( )和block_write( )来进行数据读写，这两个函数将向设备请求表中增加读写请求，以便Linux内核可以对请求顺序进行优化。由于是对内存缓冲区而不是直接对设备进行操作 的，因此能很大程度上加快读写速度。如果内存缓冲区中没有所要读入的数据，或者需要执行写操作将数据写入设备，那么就要执行真正的数据传输，这是通过调用 数据结构blk_dev_struct中的函数request_fn( )来完成的。

设备的控制操作

除了读写操作外，应用程序有时还需要对设备进行控制，这可以通过设备驱动程序中的函数ioctl( )来完成，ioctl 系统调用有下面的原型: int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...)，第一个参数是文件描述符，第二个参数是具体的命令，一般使用宏定义来确定，第三个参数一般是传递给驱动中处理设备控制操作函数的参数。ioctl( )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。

设备的中断和轮询处理