一个简单的演示用的Linux字符设备驱动程序.
Linux设备驱动程序(中文版第三版)
Linux 设备驱动 Edition 3ByJonathan Corbet,Alessandro Rubini,Greg Kroah-Hartman由 quickwhale 翻译的简体中文版 V0.1.0 2006-6-2学习编程有几年了，感觉走了不少弯路，而不少的学弟学妹又在重蹈我当初的覆辙，不免有些痛心。
最近在网上也看了许多前辈们的经验建议，再结合自己的学习经历在这里谈谈基础的重要性，希望帮助大家少走些弯路。
什么是基础呢？就是要把我们大学所学的离散数学,算法与数据结构，操作系统，计算机体系结构，编译原理等课程学好,对计算机的体系,CPU本身,操作系统内核,系统平台,面向对象编程,程序的性能等要有深层次的掌握。
初学者可能体会不到这些基础的重要性，学习jsp,donet,mfc,vb的朋友甚至会对这些嗤之以鼻,但是一开始没学好基础就去学jsp或donet会产生很坏的影响,而且陷入其中不能自拔。
我上大二的时候还对编程没什么概念,就上了门C++也不知道能干什么，老师说MFC也不知道是什么东西，看别的同学在学就跟着学了,然后就了解到.net,j2ee,php是什么了，就觉得软件开发就是用这些了，而上的那些专业课又与我们学的sqlserver啊,css啊,ajax啊,毫无关系,就感慨啊，还不如回家自学去就为一个文凭吗？还不如去培训,浪费这么多钱.于是天天基本上没去上什么课,天天就在做网站,几个学期就做了三个网站。
感觉做这些网站就是学到些技巧，没什么进步,这些技巧就好比别人的名字,告诉你你就知道了,网上也都可以搜到。
那时候就觉得把.net学好就行了，搞j2ee的比较难，搞api编程就别想了，操作系统更是望尘莫及了。
后来随着学习的深入和看了网上许多前辈们的建议才对这些基础的重要性有所体会。
虽然.net或java的开发并不直接用到汇编,操作系统这些,但是不掌握这些基础是有很大问题的，因为你只知其然不知其所有然，在mfc和.net里面控件一拖什么都做好了，很方便，但是出了问题可能就解决不了，有些在网上搜都搜不到。
LINUX设备驱动程序(4)
协议简介
对于网络的正式介绍一般都采用 OSI （Open Systems Interconnection）模型， 但是Linux 中网络栈的介绍一般分为四层的 Internet 模型。
协议栈层次对比
OSI七层网络模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层 物理层
Linux TCP/IP 四层概念模型
网络协议
网络协议层用于实现各种具体的网络协议， 如： TCP、UDP 等。
设备无关接口
设备无关接口将协议与各种网络设备驱动连接在一起。 这一层提供一组通用函数供底层网络设备驱动程序使用，让 它们可以对高层协议栈进行操作。
首先，设备驱动程序可能会通过调用 register_netdevice 或 unregister_netdevice 在内核中 进行注册或注销。调用者首先填写 net_device 结构，然后 传递这个结构进行注册。内核调用它的 init 函数（如果定义 了这种函数），然后执行一组健全性检查，并将新设备添加 到设备列表中（内核中的活动设备链表）。
驱动程序
网络栈底部是负责 管理物理网络设备 的设备驱动程序。
第二节 网卡驱动程序设计
设备注册
设备描述：
每个网络接口都由一个 net_device结构来描述
注册： 网络接口驱动的注册方式与字符驱动不同之处在于 它没有主次设备号，并使用如下函数注册。
int register_netdev(struct net_device *dev）
Linux网络子系统架构
Linux协议架构
Linux 网络子系统的顶部是系统调用接口。它为用 户空间的应用程序提供了一种访问内核网络子系统 的方法。位于其下面的是一个协议无关层，它提供 了一种通用方法来使用传输层协议。然后是具体协 议的实现，在 Linux 中包括内嵌的协议 TCP、 UDP，当然还有 IP。然后是设备无关层，它提供了 协议与设备驱动通信的通用接口，最下面是设备驱 动程序。
(完整)广州大学Linux_实验五
广州大学学生实验报告一、实验目的通过一个简单的设备驱动的实现过程。
学会Linux中设备驱动程序的编写二、使用仪器、器材1．设备：带网卡的PC若干、交换机一台。
2．工具：网线若干，已经安装好Red Hat Linux 9。
0系统的PC一台。
三、实验内容及原理设计和实现一个虚拟命名管道(FIFO)的字符设备。
写一个模块化的字符设备驱动程序四、实验过程（1）设备的实现1、数据结构/*vfifo.c＊/#ifndef __KERNEL__#define __KERNEL__＃endif＃ifndef MODULE#define MODULE#endif#define __NO_VERSION__＃include〈linux/config。
h>#include〈linux/module。
h>#include<linux/kernel.h〉＃include〈linux/malloc。
h〉#include〈linux/fs。
h〉＃include<linux/proc_fs。
h〉＃include<linux/errno.h〉＃include<linux/types。
h〉＃include〈linux/fcntl。
h>＃include〈linux/init。
h〉＃include〈asm/system.h〉＃include<asm/uaccess.h〉＃ifndef VFIFO_MAJOR#define VFIFO_MAJOR 241#endif#ifndef VFIFO_NR_DEVS#define VFIFO_NR_DEVS 4#endif＃ifndef VFIFO_BUFFER#define VFIFO_BUFFER 4000#endif＃include<linux/devfs_fs_kernel。
h〉devfs_handle_t vfifo_devfs_dir；struct file_operations vfifo_fops;int vfifo_major=VFIFO_MAJOR；int vfifo_nr_devs=VFIFO_NR_DEVS；int vfifo_buffer=VFIFO_BUFFER;MODULE_PARM（vfifo_major,"i");MODULE_PARM(vfifo_nr_devs,"i"）；MODULE_PARM(vfifo_buffer,"i")；MODULE_AUT HOR(”EBUDDY”）；结构体/＊vfifo。
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。
利用这个机制“模块”(module)。
利用这个机制，可以)。
利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。
正是这种机制，走已经安装的模块。
正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。
和可扩充性。
内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。
严格来说，卸载的内核软件。
严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。
密切相关的部分(如文件系统等)。
课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。
且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。
(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。
)。
实验二：字符设备驱动实验
实验二：字符设备驱动实验一、实验目的通过本实验的学习，了解Linux操作系统中的字符设备驱动程序结构，并能编写简单的字符设备的驱动程序以及对所编写的设备驱动程序进行测试，最终了解Linux操作系统如何管理字符设备。
二、准备知识字符设备驱动程序主要包括初始化字符设备、字符设备的I/O调用和中断服务程序。
在字符设备驱动程序的file_operations结构中，需要定义字符设备的基本入口点。
open()函数；release()函数read()函数write()函数ioctl()函数select()函数。
另外，注册字符设备驱动程序的函数为register_chrdev()。
register_chrdev() 原型如下：int register_chrdev(unsigned int major, //主设备号const char *name, //设备名称struct file_operations *ops)； //指向设备操作函数指针其中major是设备驱动程序向系统申请的主设备号。
如果major为0，则系统为该驱动程序动态分配一个空闲的主设备号。
name是设备名称，ops是指向设备操作函数的指针。
注销字符设备驱动程序的函数是unregister_chrdev(),原型如下：int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name);字符设备注册后，必须在文件系统中为其创建一个设备文件。
该设备文件可以在/dev目录中创建，每个设备文件代表一个具体的设备。
使用mknod命令来创建设备文件。
创建设备文件时需要使用设备的主设备号和从设备号作为参数。
阅读教材相关章节知识，了解字符设备的驱动程序结构。
三、实验内容根据教材提供的实例。
编写一个简单的字符设备驱动程序。
要求该字符设备包括open()、write()、read()、ioctl()和release()五个基本操作，并编写一个测试程序来测试所编写的字符设备驱动程序。
linux字符驱动框架（用户态的read，write，poll是怎么操作驱动的）
linux字符驱动框架（⽤户态的read，write，poll是怎么操作驱动的）前⾔这篇⽂章是通过对⼀个简单字符设备驱动的操作来解释，⽤户态的读写操作是怎么映射到具体设备的。
因为针对不同版本的linux内核，驱动的接⼝函数⼀直有变化，这贴出我测试的系统信息：root@ubuntu:~/share/dev/cdev-2# cat /etc/os-release |grep -i verVERSION="16.04.5 LTS (Xenial Xerus)"VERSION_ID="16.04"VERSION_CODENAME=xenialroot@ubuntu:~/share/dev/cdev-2#root@ubuntu:~/share/dev/cdev-2# uname -r4.15.0-33-generic字符驱动这⾥给出了⼀个不怎么标准的驱动，定义了⼀个结构体 struct dev，其中buffer成员模拟驱动的寄存器。
由wr，rd作为读写指针，len作为缓存buffer的长度。
具体步骤如下：1. 定义 init 函数，exit函数，这是在 insmod，rmmod时候调⽤的。
2. 定义驱动打开函数open，这是在⽤户态打开设备时候调⽤的。
3. 定义release函数，这是在⽤户态关闭设备时候⽤到的。
4. 定义read，write，poll函数，并挂接到 file_operations结构体中，所有⽤户态的read，write，poll都会最终调到这些函数。
chardev.c/*参考：深⼊浅出linux设备驱动开发*/#include <linux/module.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/uaccess.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/semaphore.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/types.h>#include <linux/kdev_t.h>#include <linux/device.h>#include <linux/poll.h>#define MAXNUM 100#define MAJOR_NUM 400 //主设备号 ,没有被使⽤struct dev{struct cdev devm; //字符设备struct semaphore sem;int flag;poll_table* table;wait_queue_head_t outq;//等待队列,实现阻塞操作char buffer[MAXNUM+1]; //字符缓冲区char *rd,*wr,*end; //读,写,尾指针}globalvar;static struct class *my_class;int major=MAJOR_NUM;static ssize_t globalvar_read(struct file *,char *,size_t ,loff_t *);static ssize_t globalvar_write(struct file *,const char *,size_t ,loff_t *);static int globalvar_open(struct inode *inode,struct file *filp);static int globalvar_release(struct inode *inode,struct file *filp);static unsigned int globalvar_poll(struct file* filp, poll_table* wait);/*结构体file_operations在头⽂件 linux/fs.h中定义，⽤来存储驱动内核模块提供的对设备进⾏各种操作的函数的指针。
Linux设备驱动程序课件(PPT 62页)
驱动程序中的内存分配
在Linux内核模式下，不能使用用户态的malloc() 和free()函数申请和释放内存。
内核编程最常用的内存申请和释放函数为 kmalloc()和kfree()，其原型为：
Linux设备驱动
广州嵌入式软件公共技术支持中心 梁老师
2007年07月
设备驱动概述
操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，它为 用户屏蔽了各种各样的设备,硬件设备的抽象。
设备驱动程序:处理和管理硬件控制器的软件。 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。
设备驱动概述
设备由两部分组成，一个是被称为控制器的电器部分， 另一个是机械部分。
设备驱动概述
Linux操作系统把设备纳入文件系统的范畴来管理。 文件操作是对设备操作的组织和抽象。设备操作则是
对文件操作的最终实现。 每个设备都对应一个文件名，在内核中也就对应一个
索引节点。 对文件操作的系统调用大都适用于设备文件。 从应用程序的角度看，设备文件逻辑上的空间是一个
一些重要的数据结构
文件操作结构体file_operations
结构体file_operations在头文件 linux/fs.h中定义， 用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作 的函数的指针。
结构体的每个域都对应着驱动模块用来处理某个被 请求的事务的函数的地址。
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 *); 。。。
linux-GPIO驱动实验
GPIO驱动实验一、实验目的1.理解Linux GPIO驱动程序的结构、原理。
2.掌握Linux GPIO驱动程序的编程。
3.掌握Linux GPIO动态加载驱动程序模块的方法。
二、实验内容1. 编写GPIO字符设备驱动程序。
2. 编写Makefile文件。
3. 编写测试程序。
4. 调试GPIO驱动程序和测试程序。
三、实验设备1.硬件：PC机，基于ARM9系统教学实验系统实验箱1台；网线；串口线，电压表。
2.软件：PC机操作系统；Putty；服务器Linux操作系统；arm-v5t_le-gcc交叉编译环境。
3.环境：ubuntu12.04.4；文件系统版本为filesys_clwxl；烧写的内核版本为uImage_slh_gpio，编译成的驱动模块为davinci_dm365_gpios.ko，驱动源码见GPIO文件夹。
四．预备知识4.1 概述在嵌入式系统中，常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。
而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，例如灯的亮与灭。
对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。
所以在微控制器芯片上一般都会提供一个通用可编程I/O接口，即GPIO （General Purpose Input Output）。
GPIO的驱动主要就是读取GPIO口的状态，或者设置GPIO口的状态。
就是这么简单，但是为了能够写好的这个驱动，在LINUX上作了一些软件上的分层。
为了让其它驱动可以方便的操作到GPIO，在LINUX里实现了对GPIO操作的统一接口，这个接口实则上就是GPIO驱动的框架。
在本实验中，将编写简单的GPIO驱动程序来控制LCD液晶屏屏幕的亮灭，然后动态加载模块，并编写测试程序，以验证驱动程序。
4.2 实现的功能1> 设置对应的GPIO口为输出。
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实现如下的功能:--字符设备驱动程序的结构及驱动程序需要实现的系统调用--可以使用cat命令或者自编的readtest命令读出"设备"里的内容--以8139网卡为例,演示了I/O端口和I/O内存的使用本文中的大部分内容在Linux Device Driver这本书中都可以找到,这本书是Linux驱动开发者的唯一圣经。
================================================== ===== 先来看看整个驱动程序的入口,是char8139_init(这个函数如果不指定MODULE_LICENSE("GPL", 在模块插入内核的时候会出错,因为将非"GPL"的模块插入内核就沾污了内核的"GPL"属性。
module_init(char8139_init;module_exit(char8139_exit;MODULE_LICENSE("GPL";MODULE_AUTHOR("ypixunil";MODULE_DESCRIPTION("Wierd char device driver for Realtek 8139 NIC"; 接着往下看char8139_init(static int __init char8139_init(void{int result;PDBG("hello. init.\n";/* register our char device */result=register_chrdev(char8139_major, "char8139", &char8139_fops;if(result<0{PDBG("Cannot allocate major device number!\n";return result;}/* register_chrdev( will assign a major device number and return if it called * with "major" parameter set to 0 */if(char8139_major == 0char8139_major=result;/* allocate some kernel memory we need */buffer=(unsigned char*(kmalloc(CHAR8139_BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL;if(!buffer{PDBG("Cannot allocate memory!\n";result= -ENOMEM;goto init_fail;}memset(buffer, 0, CHAR8139_BUFFER_SIZE;p_buf=buffer;return 0; /* everything's ok */init_fail:char8139_exit(;return result;}这个函数首先的工作就是使用register_chrdev(注册我们的设备的主设备号和系统调用。
系统调用对于字符设备驱动程序来说就是file_operations接口。
我们先来看看char8139_major的定义,#define DEFAULT_MAJOR 145/* data structure used by our driver */int char8139_major=DEFAULT_MAJOR; /* major device number. if initial value is 0,the kernel will dynamically assign a major devicenumber in register_chrdev( */这里我们指定我们的设备的主设备号是145,你必须找到一个系统中没有用的主设备号,可以通过"cat /proc/devices"命令来查看系统中已经使用的主设备号。
[michael@char8139]$ cat /proc/devicesCharacter devices:1 mem2 pty3 ttyp4 ttyS5 cua7 vcs10 misc14 sound116 alsa128 ptm136 pts162 raw180 usb195 nvidia226 drmBlock devices:2 fd3 ide022 ide1[michael@char8139]$可见在我的系统中,145还没有被使用。
指定主设备号值得考虑。
像上面这样指定一个主设备号显然缺乏灵活性,而且不能保证一个驱动程序在所有的机器上都能用。
可以在调用register_chrdev(时将第一个参数,即主设备号指定为0,这样register_chrdev(会分配一个空闲的主设备号作为返回值。
但是这样也有问题,我们只有在将模块插入内核之后才能得到我们设备的主设备号(使用"cat /proc/devices",但是要操作设备需要在系统/dev目录下建立设备结点,而建立结点时要指定主设备号。
当然,你可以写一个脚本来自动完成这些事情。
总之,作为一个演示,我们还是指定主设备号为145这样我们可以在/dev/目录下建立几个设备节点。
[root@char8139]$ mknod /dev/char8139_0 c 145 0[root@char8139]$ mknod /dev/char8139_0 c 145 17[root@char8139]$ mknod /dev/char8139_0 c 145 36[root@char8139]$ mknod /dev/char8139_0 c 145 145看一下我们建立的节点[michael@char8139]$ ll /dev/char8139*crw-r--r-- 1 root root 145, 0 2004-12-26 20:33 /dev/char8139_0crw-r--r-- 1 root root 145, 17 2004-12-26 20:34 /dev/char8139_1crw-r--r-- 1 root root 145, 36 2004-12-26 20:34 /dev/char8139_2crw-r--r-- 1 root root 145, 145 2004-12-26 20:34 /dev/char8139_3[michael@char8139]$我们建立了四个节点,使用了四个次设备号,后面我们会说明次设备号的作用。
再来看看我们的file_operations的定义。
这里其实只实现了read(,open(,release(三个系统调用,ioctl(只是简单返回。
更有write(等函数甚至根本没有声明,没有声明的函数系统可能会调用默认的操作。
struct file_operations char8139_fops ={owner: THIS_MODULE,read: char8139_read,ioctl: char8139_ioctl,open: char8139_open,release: char8139_release,};file_operations是每个字符设备驱动程序必须实现的系统调用,当用户对/dev中我们的设备对应结点进行操作时,linux就会调用我们驱动程序中提供的系统调用。
比如用户敲入"cat /dev/char8139_0"命令,想想cat这个应用程序的实现,首先它肯定调用C语言库里的open(函数去打开/dev/char8139_0这个文件,到了系统这一层,系统会看到/dev/char8139_0不是普通磁盘文件,而是一个代表字符设备的节点,所以系统会根据/dev/char8139_0的主设备号来查找是不是已经有驱动程序使用这个相同的主设备号进行了注册,如果有,就调用驱动程序的open(实现。
为什么要这样干?因为要提供抽象,提供统一的接口,别忘了操作系统的作用之一就是这个。
因为我们的设备提供的统一的接口,所以cat这个应用程序使用一般的文件操作就能从我们的设备中读出数据,而且more, less这些应用程序都能从我们的设备中读出数据。
现在来看看我们的设备#define CHAR8139_BUFFER_SIZE 2000unsigned char *buffer=NULL; /* driver data buffer */unsigned char *p_buf;unsigned int data_size=0;我们的设备很简单,一个2000字节的缓冲区,data_size指定缓冲区中有效数据的字节数。
我们的设备只支持读不支持写。
我们在char8139_init(中为缓冲区分配空间。
char8139_exit(里面的操作就是char8139_init(里面操作的反向操作。
现在我们来看看,假如用户调用了"cat /dev/char8139_3"这个命令会发生什么事情。
根据前面的介绍,我们驱动程序中的open(函数会被调用。
int char8139_open(struct inode *node, struct file *flip{int type = MINOR(node->i_rdev>>4;int num = MINOR(node->i_rdev & 0x0F;/* put some char in buffer to reflect the minor device number */*buffer=(unsigned char('0';*(buffer+1=(unsigned char('x';*(buffer+2=(unsigned char('0'+type;*(buffer+3=(unsigned char('0'+num;*(buffer+4=(unsigned char('\n';data_size+=5;PDBG("Ok. Find treasure! 8139 I/O port base: %x\n", detect_8139_io_port(; PDBG("OK. Find treasure! 8139 I/O memory base address: %lx\n",detect_8139_io_mem(;MOD_INC_USE_COUNT;return 0;}这里演示了次设备号的作用,它让我们知道用户操作的是哪一个"次设备",是/dev/char8139 _0还是/dev/char8139_3,因为对不同的"次设备",具体的操作方法可能是不一样的,这样就为一个驱动程序控制多个类似的设备提供了可能。