字符设备驱动程序设计
字符设备驱动程序课程设计报告

字符设备驱动程序课程设计报告字符设备驱动程序课程设计报告中南大学字符设备驱动程序课程设计报告姓名:王学彬专业班级:信安1002班学号:0909103108课程:操作系统安全课程设计指导老师:张士庚一、课程设计目的1.了解Linux字符设备驱动程序的结构;2.掌握Linux字符设备驱动程序常用结构体和操作函数的使用方法;3.初步掌握Linux字符设备驱动程序的编写方法及过程;4.掌握Linux字符设备驱动程序的加载方法及测试方法。
二、课程设计内容5.设计Windows XP或者Linux操作系统下的设备驱动程序;6.掌握虚拟字符设备的设计方法和测试方法;7.编写测试应用程序,测试对该设备的读写等操作。
三、需求分析3.1驱动程序介绍驱动程序负责将应用程序如读、写等操作正确无误的传递给相关的硬件,并使硬件能够做出正确反应的代码。
驱动程序像一个黑盒子,它隐藏了硬件的工作细节,应用程序只需要通过一组标准化的接口实现对硬件的操作。
3.2 Linux设备驱动程序分类Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例,源代码的长度日益增加,主要是驱动程序的增加。
虽然Linux内核的不断升级,但驱动程序的结构还是相对稳定。
Linux系统的设备分为字符设备(chardevice),块设备(block device)和网络设备(network device)三种。
字符设备是指在存取时没有缓存的设备,而块设备的读写都有缓存来支持,并且块设备必须能够随机存取(random access)。
典型的字符设备包括鼠标,键盘,串行口等。
块设备主要包括硬盘软盘设备,CD-ROM 等。
网络设备在Linux里做专门的处理。
Linux的网络系统主要是基于BSD unix的socket机制。
在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据传递。
系统有支持对发送数据和接收数据的缓存,提供流量控制机制,提供对多协议的支持。
简单字符设备驱动程序的设计

简单字符设备驱动程序的设计作者:________您的姓名日期:________编写日期版本:________版本号摘要本文档描述了设计一个简单字符设备驱动程序的详细步骤和要求。
该驱动程序可以实现对字符设备的基本操作,如读取和写入字符数据。
本文档分为以下几个章节:________1.引言1.1 目的本章节介绍了文档的目的,即设计一个简单字符设备驱动程序。
1.2 背景本章节提供了有关字符设备驱动程序的背景信息,包括其在操作系统中的作用和功能。
1.3 参考资料本章节列出了用于设计该字符设备驱动程序的参考资料和相关文档。
2.设计概述2.1 驱动程序功能本章节描述了所设计的字符设备驱动程序的功能和特点。
2.2 设计要求本章节列出了设计该字符设备驱动程序的要求和限制条件,包括对软件和硬件的要求。
3.设计步骤3.1 环境设置本章节描述了在设计和实现字符设备驱动程序之前需要进行的环境设置和准备工作。
3.2 设计驱动程序架构本章节详细介绍了字符设备驱动程序的整体架构设计,包括主要模块和其功能的划分。
3.3 设计设备数据结构本章节描述了设计字符设备驱动程序所使用的设备数据结构,包括设备的状态和属性信息。
3.4 实现设备初始化本章节详细介绍了字符设备驱动程序的初始化过程,包括对设备进行设置和分配资源等操作。
3.5 实现读取数据功能本章节描述了字符设备驱动程序如何实现读取字符数据的功能,包括读取操作的接口和实现方法。
3.6 实现写入数据功能本章节描述了字符设备驱动程序如何实现写入字符数据的功能,包括写入操作的接口和实现方法。
4.测试与验证本章节介绍了测试和验证设计的字符设备驱动程序的方法和策略,以确保其功能的正确性和稳定性。
5.总结本章节总结了整个设计过程,评估了设计的结果与目标之间的差距,并提供了可能的改进方向和建议。
附件本文档附带了以下附件:________1.设计图纸(PDF格式)2.代码示例(C语言)3.测试用例(文本文件)法律名词及注释1.版权:________指根据国家法律规定,对创造性的作品所享有的独占权。
字符设备驱动程序实验报告

操作系统课程设计报告字符驱动设备程序一、概述1.1课程设计目的设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带,它使得应用软件只需要调用软件的应用编程接口(API)就可以让硬件去完成要求的工作,在有操作系统的情况下,必须按照相应的架构设计驱动,才能将驱动良好的整合入操作系统的内核。
通过这次课程设计可以了解linux的模块机制,懂得如何加载模块和卸载模块,进一步熟悉模块的相关操作。
加深对驱动程序定义和设计的了解,了解linux驱动的编写过程。
1.2 课程设计内容与要求(1)设计Windows XP或者Linux操作系统下的设备驱动程序;(2)设备类型可以是字符设备、块设备或者网络设备;(3)设备可以是虚拟的也可以是实际设备;1.3设计步骤1)file_operations结构体设计2)模块初始化、模块卸载函数实现3)读写函数的实现4)测试程序编写5)驱动程序编译和加载6)驱动程序测试二、基本概念和原理Linux系统从各异的设备中提取了共性的特征,将设备分为三类:字符设备、块设备和网络设备。
内核针对每一类设备都提供了对应的驱动模型框架,包括基本的内核设施和文件接口。
系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口,设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。
设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节,这样在应用程序看来,硬件设备只是一个设备文件,应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
设备驱动程序是内核的一部分,它完成以下的功能:1、对设备初始化和释放;2、把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;3、读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据;4、检测和处理设备出现的错误。
字符设备驱动程序:控制长短不一致字符列,应用程序直接呼叫的、没有缓存的设备驱动程序。
字符设备驱动程序所提供的功能是以设备文件的形式提供给用户空间程序使用,应用程序中使用open()、close()、read()、write()等文件处理函数,并且以普通文件方式处理设备文件,从而控制硬件。
最简单的字符设备驱动程序

最简单的字符设备驱动程序⾸先,先理清⼀下简单字符设备驱动程序的思路:(1)申请设备号动态申请:int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)静态申请:int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)成功返回0,失败返回负数,并置于errno(2)分配cdev ,可以使⽤struct cdev *cdev_alloc(void) ,或者静态定义全局cdev变量(3)初始化cdev若使⽤动态分配,则需要进⾏初始化:void cdev_init(struct cdev *cdev, const structfile_operations *fops) ,mem_cdev.owner = THIS_MODULE;若动态内存定义初始化:struct cdev *mem_cdev = cdev_alloc(); mem_cdev->ops =&fops; mem_cdev->owner = THIS_MODULE(4)添加cdevint cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev,unsigned count)若使⽤内存模拟字符设备,则还需申请空间:mem_devp = kmalloc( 2 * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);if(!mem_devp){result = -ENOMEM;goto fail_malloc;}memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));for(i = 0; i < 2; i++){mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);}申请失败情况下,记得注销设备号,使⽤void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)(5)构造file_operations结构体(结构体字段的初始化)static const struct file_operations mem_fops ={.owner = THIS_MODULE,.llseek = mem_llseek,.read = mem_read,.write = mem_write,.open = mem_open,.release = mem_release,};(6)实现file_operations⽀持的函数int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp){struct mem_dev *dev;int num = MINOR(inode->i_rdev);if(num >= MEMDEV_NR_DEVS)return -ENODEV;dev = &mem_devp[num];filp->private_data = dev;return 0;}static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos){unsigned long p = *ppos;unsigned int count = size;int ret = 0;struct mem_dev *dev = filp->private_data;if(p > MEMDEV_SIZE)return 0;if(count > MEMDEV_SIZE - p)count = MEMDEV_SIZE - p;if(copy_to_user(buf, (void *)(dev->data + p), count)){ret = -EFAULT;}else{*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "read %d bytes from %ld", count, p);}return ret;}static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos) {unsigned long p = *ppos;unsigned int count = size;int ret = 0;struct mem_dev *dev = filp->private_data;if(p > MEMDEV_SIZE)return 0;if(count > MEMDEV_SIZE - p)count = MEMDEV_SIZE - p;if(copy_from_user(dev->data + p, buf, count)){ret = -EFAULT;}else{*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "writen %d bytes from %ld", count, p);}return ret;}static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence){loff_t newpos;switch(whence){case 0:newpos = offset;break;case 1:newpos = filp->f_pos+offset;break;case 2:newpos = MEMDEV_SIZE - 1 + offset;break;default:return -EINVAL;}if((newpos < 0) || (newpos > MEMDEV_SIZE)) return -EINVAL;filp->f_pos = newpos;return newpos;}int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp) {return 0;}测试代码:#include <stdio.h>int main(){FILE *fp = NULL;char Buf[4096];strcpy(Buf, "mem is char dev!");printf("Buf:%s\n",Buf);fp = fopen("/dev/memdev1", "r+");if(fp == NULL){printf("open memdev1 error!\n");}fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp);fseek(fp, 0, SEEK_SET);strcpy(Buf,"Buf is NULL!");printf("Buf: %s\n",Buf);fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp);printf("Buf: %s\n",Buf);return 0;}。
字符设备驱动实验报告(3篇)

第1篇一、实验背景与目的随着计算机技术的飞速发展,操作系统对硬件设备的支持越来越丰富。
设备驱动程序作为操作系统与硬件之间的桥梁,扮演着至关重要的角色。
本实验旨在通过学习Linux字符设备驱动的开发,加深对设备驱动程序的理解,提高实践能力。
二、实验环境与工具1. 操作系统:Linux Ubuntu 20.042. 编程语言:C3. 开发工具:gcc、make4. 驱动框架:Linux内核三、实验内容本实验主要完成以下内容:1. 字符设备驱动程序的基本框架2. 字符设备的打开、读取、写入和关闭操作3. 字符设备驱动的注册与注销4. 字符设备驱动的用户空间交互四、实验步骤1. 创建设备文件首先,我们需要在`/dev`目录下创建一个名为`mychar`的字符设备文件。
可以使用以下命令:```bashmknod /dev/mychar c 123 0```其中,`123`是主设备号,`0`是次设备号。
2. 编写字符设备驱动程序创建一个名为`mychar.c`的文件,并编写以下代码:```cinclude <linux/module.h>include <linux/fs.h>include <linux/uaccess.h>static int major = 123; // 设备号static int device_open(struct inode inode, struct file filp);static int device_release(struct inode inode, struct file filp);static ssize_t device_read(struct file filp, char __user buf, size_t count, loff_t pos);static ssize_t device_write(struct file filp, const char __user buf, size_t count, loff_t pos);static struct file_operations fops = {.open = device_open,.release = device_release,.read = device_read,.write = device_write,};static int __init mychar_init(void) {major = register_chrdev(0, "mychar", &fops);if (major < 0) {printk(KERN_ALERT "mychar: can't get major number\n");return major;}printk(KERN_INFO "mychar: registered correctly with major number %d\n", major);return 0;}static void __exit mychar_exit(void) {unregister_chrdev(major, "mychar");printk(KERN_INFO "mychar: Goodbye from the LKM!\n");}static int device_open(struct inode inode, struct file filp) {printk(KERN_INFO "mychar: Device has been opened\n");return 0;}static int device_release(struct inode inode, struct file filp) {printk(KERN_INFO "mychar: Device has been closed\n");return 0;}static ssize_t device_read(struct file filp, char __user buf, size_t count, loff_t pos) {printk(KERN_INFO "mychar: Device has been read\n");return count;}static ssize_t device_write(struct file filp, const char __user buf, size_t count, loff_t pos) {printk(KERN_INFO "mychar: Device has been written\n"); return count;}module_init(mychar_init);module_exit(mychar_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("Your Name");MODULE_DESCRIPTION("A simple character device driver");```保存文件,并使用以下命令编译:```bashmake```3. 加载字符设备驱动程序将编译生成的`mychar.ko`文件加载到内核中:```bashinsmod mychar.ko```4. 测试字符设备驱动程序使用以下命令查看`/dev/mychar`设备文件:```bashls -l /dev/mychar```使用`cat`命令测试读取和写入操作:```bashcat /dev/mycharecho "Hello, world!" > /dev/mychar```观察系统日志,确认驱动程序的打开、读取、写入和关闭操作。
基于Linux的字符设备驱动程序的设计

基于Linux的字符设备驱动程序的设计1 选题意义驱动程序在 Linux 内核里扮演着特殊的角色. 它们是截然不同的"黑盒子", 使硬件的特殊的一部分响应定义好的内部编程接口.它们完全隐藏了设备工作的细节. 用户的活动通过一套标准化的调用来进行,这些调用与特别的驱动是独立的; 设备驱动的角色就是将这些调用映射到作用于实际硬件的和设备相关的操作上. 这个编程接口是这样, 驱动可以与内核的其他部分分开建立, 并在需要的时候在运行时"插入". 这种模块化使得 Linux 驱动易写, 以致于目前有几百个驱动可用.尽管编写设备代码并不一定比编写应用程序更困难,但它需要掌握一些新函数库,并考虑一些新问题,而这些问题是在应用程序空间里不曾遇到的。
在应用程序空间写程序,内核能够为犯的一些错误提供一张安全网,但当我们工作在内核空间时,这张安全网已不复存在。
因为内核代码对计算机有绝对的控制权,它能够阻止其他任何进程的执行,所以编写的设备代码绝对小心不能滥用这种权利。
在 Linux 设备驱动中,字符设备驱动较为基础,所以本次实验设计一个简单的字符设备驱动程序,然后通过模块机制加载该驱动,并通过一个测试程序来检验驱动设计的正确与否,并对出现的问题进行调试解决。
2 技术路线模块实际上是一种目标对象文件(后缀名为ko ),没有链接,不能独立运行,但是其代码可以在运行时链接到系统中作为内核的一部分运行或从内核中取下,从而可以动态扩充内核的功能。
模块有一个入口(init_module())和一个出口(exit_module())函数,分别是模块加载和卸载时执行的操作,加载模块使用insmod命令,卸载使用rmmod命令。
字符设备以字节为单位进行数据处理,一般不适用缓存。
大多数字符设备仅仅是数据通道,只能按照顺序读写。
主设备号表示设备对应的驱动程序,次设备号用来区分具体设备的实例。
LINUX为文件和设备提供一致的用户接口,对用户来说,设备文件与普通文件并无区别,设备文件也可以挂接到任何需要的地方。
简单字符设备驱动程序的设计(2023版)

简单字符设备驱动程序的设计简单字符设备驱动程序设计文档
1.引言
1.1 简述设备驱动程序的作用及背景
1.2 文档目的和范围
1.3 读者对象和前提知识
2.设备驱动程序概述
2.1 什么是字符设备驱动程序
2.2 设备驱动程序的结构和组成部分
2.3 设备驱动程序的工作流程
3.设备驱动程序的环境配置
3.1 硬件平台的选择和准备
3.2 操作系统的选择和安装
3.3 开发工具的选择和安装
4.驱动程序的编写步骤
4.1 设备驱动程序的初始化
4.2 设册和注销
4.3 设备文件的创建和销毁
4.4 设备文件的打开和关闭
4.5 设备数据的读取和写入
4.6 设备的控制和管理
5.驱动程序的调试和测试
5.1 驱动程序的编译和调试
5.2 驱动程序的单元测试和集成测试
5.3 驱动程序的性能测试和稳定性测试
6.驱动程序的优化和改进
6.1 驱动程序的性能优化
6.2 驱动程序的可靠性改进
6.3 驱动程序的功能扩展
7.附件
在本文档中,我们提供了以下附件供参考:
●设备驱动程序代码示例
●设备驱动程序编译和调试指南
8.法律名词及注释
●设备驱动程序:一种软件程序,用于控制特定设备的输入和输出操作。
●字符设备:一种设备,可按字符为单位进行读写操作,如终端或打印机。
●注册:将设备驱动程序与操作系统内核绑定的过程。
●注销:解除设备驱动程序与操作系统内核的绑定的过程。
●文件操作:对设备驱动程序提供的文件进行打开、读取、写入、关闭等操作。
基于Linux操作系统字符设备驱动程序开发

DEVICE_DRIVER.o
b.修改配置菜单
在 Linux 内核对应的目录下 kernel/drivers/char 修改配置文
件 config.in遥 在 comment 'Character devices' 下 面添加 遥 运行
make menuconfig 命令时袁选中 support for DEVICE_DRIVER袁编
京院机械工业出版社袁2006.
[5]Jean brosse 著袁 邵贝贝译叶. 嵌入式实时操作系统 滋C/OS-
域(第 2 版)曳 [M].北京院北京航空航天大学出版社袁2005.
[6]倪继利.Linux 内核分析及编程[M].北京院电子工业出版社袁
2005.
[7]EL-arm-830+型教学实验系统[M].北京院北京精仪达盛科技有
[2]陆亚民.单片机原理及应用[M].北京 & Kroah -Hartman 著 , 魏 永 明 等 译 .叶 Linux
Device 设备驱动程序第三版曳 [M].北京院中国电力出版社袁2006.
[4]Robert Love 著,陈莉君译.Linux 内核设计与实现第二版[M].北
c.键盘服务子程序遥
static void Key_Board_7279_ISR (int irq,void* dev_id,struct
pt_regs * regs){
disable_irq(33); //使用 33 号中断
key_number=Read_Key_Board_7279(cmd_read);
release: Key_Board_7279_Close, //关闭设备文件
};
b.编写 Key_Board_7279_Open/遥
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.release =first_drv_release,
.write = first_drv_write,
.read = first_drv_read,
} ;
//驱动注册
static int major = 0;
实验
实验目的
掌握字符设备驱动程序编写的框架;
掌握设备驱动相关的知识;
实验原理
参考本周大课课件《字符设备驱动程序.PPT》。
实验步骤
建立一个工作目录,我们的驱动程序模块程序保存在这个目录下;
#mkdir first_drv
#cd first_drv
1
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
{
//注销cdev结构
........
//注销设备号
}
module_init(.......);
module_exit(.......);
MODULE_LICENSE(......);
注意:要求底层函数要实现open,release,write,read方法。
2
内容格式,参考如下:
obj-m+=模块程序文件名.o
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/cdev.h>
}
static int first_drv_release(struct inode *in, struct file *fp)
{
printk("first driver release called!\n");
return 0;
}
static int data=0;
static ssize_t first_drv_write(struct file *fp, const char __user *buf, size_t len, loff_t *offset)
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>
static int first_drv_open(struct inode *in, struct file *fp)
{
printk("first driver open called!\n");
return 0;
printk("first driver module insert!\n");
return 0;
}
static void __exit first_drv_exit(void)
{
dev_t dev;
dev = MKDEV(major,0);
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/cdev.h>
//(1)编写硬件底层操作函数实现open,release,write,read
......
//(2)创建一个file_operations结构
......
static int __initxxx_init(void)
{
//(3)申请设备号
........
//(4)初始化cdev结构
........
//(5)注册cdev结构
........
return 0;
}
static void __exitXXX_exit(void)
{
copy_from_user((void *)&data,buf,sizeof(int));
printk("first driver write called!data is %d\n",data);
return sizeof(int);
}
static ssize_t first_drv_read(struct file *fp, char __user *buf, size_t len, loff_t * offset)
{
data=data+1;
copy_to_user(buf,&data,sizeof(int));
printk("first driver read called!\n");
return sizeof(int);
}
static struct file_operations first_fops = {
static struct cdev *first_drv_cdev;
#define FIRST_DRV_NAME "first_drv"
static int __init first_drv_init(void)
{
dev_t dev;
alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, FIRST_DRV_NAME);
all:
make -C内核源码路径M=`pwd` modules#这一行要以TAB键开头
clean:
make -C内核源码路径M=`pwd` modules clean#这一行要以TAB键开头
3
编译内核模块,直接使用make命令就可以了;
#make
编译没有错误时,将模块拷贝到跟文件系统中;
#cp xxx.ko/opt/rootfs/lib/modules/3.5.0-yyy/
4
加载:
# insmod/lib/modules/3.5.0-yyy/xxxx.ko
查看系统分配的设备号
#cat /proc/devices
手动添加设备文件(设备节点)
# mknod /dev/first_drv c主设备号次设备号
5
实验成功后,叫老师查看实验结果,作为平时考察成绩;
first_drv:
major = MAJOR(dev);
first_drv_cdev = cdev_alloc();
cdev_init(first_drv_cdev,&first_fops);
first_drv_cdev->owner = THIS_MODULE;
cdev_add(first_drv_cdev, dev, 1);