Linux设备驱动程序的概念、作用以及模块
概述Linux操作系统地驱动框架及驱动加载

本讲主要概述Linux设备驱动框架、驱动程序的配置文件及常用的加载驱动程序的方法;并且介绍Red Hat Linux安装程序是如何加载驱动的,通过了解这个过程,我们可以自己将驱动程序放到引导盘中;安装完系统后,使用kudzu自动配置硬件程序。
Linux设备驱动概述1.内核和驱动模块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,驱动硬件是操作系统最基本的功能,并且提供统一的操作方式。
正如我们查看屏幕上的文档时,不用去管到底使用nVIDIA芯片,还是ATI芯片的显示卡,只需知道输入命令后,需要的文字就显示在屏幕上。
硬件驱动程序是操作系统最基本的组成部分,在Linux内核源程序中也占有较高的比例。
Linux内核中采用可加载的模块化设计(LKMs ,Loadable Kernel Modules),一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的,也就是将最基本的核心代码编译在内核中,其它的代码可以选择是在内核中,或者编译为内核的模块文件。
如果需要某种功能,比如需要访问一个NTFS分区,就加载相应的NTFS模块。
这种设计可以使内核文件不至于太大,但是又可以支持很多的功能,必要时动态地加载。
这是一种跟微内核设计不太一样,但却是切实可行的内核设计方案。
我们常见的驱动程序就是作为内核模块动态加载的,比如声卡驱动和网卡驱动等,而Linux最基础的驱动,如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、APM(高级电源管理)、VFS等驱动程序则编译在内核文件中。
有时也把内核模块就叫做驱动程序,只不过驱动的内容不一定是硬件罢了,比如ext3文件系统的驱动。
理解这一点很重要。
因此,加载驱动时就是加载内核模块。
下面来看一下有关模块的命令,在加载驱动程序要用到它们:lsmod、modprob、insmod、rmmod、modinfo。
lsmod列出当前系统中加载的模块,例如:#lsmod (与cat /proc/modules得出的内容是一致的)Module Size Used by Not taintedradeon 115364 1 agpgart 56664 3 nls_iso8859-1 3516 1 (autoclean)loop 12120 3 (autoclean)smbfs 44528 2 (autoclean)parport_pc 19076 1 (autoclean)lp 9028 0 (autoclean)parport 37088 1 (autoclean) [parport_pc lp]autofs 13364 0 (autoclean) (unused)ds 8704 2yenta_socket 13760 2 pcmcia_core 57184 0 [ds yenta_socket]tg3 55112 1 sg 36940 0 (autoclean)sr_mod 18104 0 (autoclean)microcode 4724 0 (autoclean)ide-scsi 12208 0 scsi_mod 108968 3 [sg sr_mod ide-scsi]ide-cd 35680 0 cdrom 33696 0 [sr_mod ide-cd]nls_cp936 124988 1 (autoclean)nls_cp437 5148 1 (autoclean)vfat 13004 1 (autoclean)fat 38872 0 (autoclean) [vfat]keybdev 2976 0(unused)mousedev 5524 1 hid 22212 0 (unused)input 5888 0 [keybdev mousedev hid]ehci-hcd 20104 0 (unused)usb-uhci 26412 0 (unused)usbcore 79392 1 [hid ehci-hcd usb-uhci]ext3 91592 2 jbd 52336 2 [ext3]上面显示了当前系统中加载的模块,左边数第一列是模块名,第二列是该模块大小,第三列则是该模块使用的数量。
设备驱动程序简介

设备驱动程序简介1.设备驱动程序的作⽤从⼀个⾓度看,设备驱动程序的作⽤在于提供机制,⽽不是策略。
在编写驱动程序时,程序猿应该特别注意以下这个基本概念:编写訪问硬件的内核代码时,不要给⽤户强加不论什么特定策略。
由于不同的⽤户有不同的需求,驱动程序应该处理如何使硬件可⽤的问题。
⽽将如何使⽤硬件的问题留给上层应⽤程序。
从还有⼀个⾓度来看驱动程序。
它还能够看作是应⽤程序和实际设备之间的⼀个软件层。
总的来说,驱动程序设计主要还是综合考虑以下三个⽅⾯的因素:提供给⽤户尽量多的选项、编写驱动程序要占⽤的时间以及尽量保持程序简单⽽不⾄于错误丛⽣。
2.内核功能划分Unix系统⽀持多进程并发执⾏。
每⼀个进程都请求系统资源。
内核负责处理全部这些请求,依据内核完毕任务的不同,可将内核功能分为例如以下⼏部分:1.进程管理:负责创建和销魂进程。
并处理它们和外部世界之间的连接。
内核进程管理活动就是在单个或多个CPU上实现了多个进程的抽象。
2.内存管理:内存是计算机的主要资源之中的⼀个,⽤来管理内存的策略是决定系统系能的⼀个关键因素。
3.⽂件系统:内核在没有结构的硬件上构造结构化的⽂件系统。
⽽⽂件抽象在整个系统中⼴泛使⽤。
4.设备控制:差点⼉每个系统操作终于都会映射到物理设备上。
5.⽹络功能:⽹络功能也必须由操作系统来管理,系统负责在应⽤程序和⽹络接⼝之间传递数据包,并依据⽹络活动控制程序的运⾏。
全部的路由和地址解析问题都由内核处理。
可装载模块:Linux有⼀个⾮常好的特性:内核提供的特性可在执⾏时进⾏扩展。
可在执⾏时加⼊到内核的代码被称为“模块”。
Linux内核⽀持⼏种模块类型。
包含但不限于设备驱动程序。
每⼀个模块由⽬标代码组成,能够使⽤insmod程序将模块连接到正在执⾏的内核,也能够使⽤rmmod程序移除连接。
3.设备和模块的分类Linux系统将设备分成三个基本类型:字符设备、块设备、⽹络接⼝。
1.字符设备:字符设备驱动程序通常⾄少要实现open、close、read和write系统调⽤。
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。
第9章 Linux驱动程序设计详述

(1)字符设备
字符设备是指存取时没有缓存的设备。典型的字 符设备包括鼠标,键盘,串行口等。
字符设备在I/O传输过程中以字符为单位的,但是 不一定是以字节为单位,因为一个字符展16bit(2个字 节)。它是通过文件系统节点来存储,在Linux系统中 ,字符设备以特别的文件方式在文件目录树中占据位置 并拥有自己的结点,并且指明了文件类型,但是,操作 (包括打开、关闭、读、写操作)起来却和普通文件一 样。大部分字符设备仅仅是数据通道,只能顺序存取。
(1)驱动程序注册
向系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主 设备号,这可以通过在驱动程序的初始化过程中调用 register_chrdev()或者register_blkdev()来完成。
(2)设备的打开
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:
(7)驱动程序注销
向系统增加一个驱动程序意味着要赋予它一个主 设备号,这可以通过在驱动程序的初始化过程中调用 register_chrdev()或者register_blkdev()来完成。而在关 闭字符设备或者块设备时,则需要通过调用 unregister_chrdev()或unregister_blkdev()从内核中注 销设备,同时释放占用的主设备号。
(2)modprobe命令的功能是自动处理可载入模块。 语法:modprobe [-acdlrtvV][--help][模块文件][符号名称 = 符号值]
(3)insmod(install module)挂载模块 。 功能说明:载入模块。 语法:insmod [-fkmpsvxX][-o <模块名称>][模块文件][符
第二章 Linux内核与内核模块 Linux设备驱动程序 教学课件

模块的特点:
模块本身不被编译入内核映像,从而控制了 内核的大小
模块一旦被加载,它就和内核中的其他部分 完全一样
内核模块简介
从内核的角度看,模块所包含的代码段一 旦被连接到内核,它就可以是内核的一部 分,所以它也被叫做内核模块。
Linux内核的配置
Linux内核的配置系统由以下三部分组成:
Makefile:分布在Linux内核源代码中的 makefile,定义Linux内核的编译规则。
配置文件Kconfig:给用户提供配置选择的功 能。
配置工具:包括配置命令(make menuconfig) 解释器和配置用户界面。
模块加载函数
Linux内核模块加载函数一般以_ _init标识声明,典型的 模块加载函数的形式:
模块加载函数必须以module_init(函数名)的形式被指 定。它返回整型值,若初始化成功,应返回0;失败则 返回错误编码。
在Linux内核中,所有标识为_ _init的函数在连接的时候 都放在.init.text这个区段内,此外,所有的_ _init函数 在.initcall.init区段中还保存了一份函数指针,在初始化 时内核会通过这些函数指针调用这些_ _init函数,并在 初始化完成后释放init区段。
从用户角度看,模块是内核的一个外挂的 配件,需要时可以将其连接到内核上,以 完成用户所要求的任务;不需要时可以将 其删除。它给用户提供了扩充内核功能的 手段。
一个最简单的内核模块
代码说明
Printk()是内核使用的函数。因为在内核中 不能调用C库函数,所以在内核模块中必须使用 由内核提供的相关函数。
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。
)。
Linux操作系统的模块全面详解

Linux操作系统的模块全面详解Linux操作系统中模块的概念想必很多人都不太了解。
下面由小编为大家整理了Linux操作系统的模块全面详解,希望对大家有帮助!Linux操作系统的模块全面详解一、模块简介Windows NT是一种微内核的结构,其内核的功能块被划分成独立的模块,在这些功能块之间有严格的通信机制;而Linux则不同,它是一种monolithic(单一大块)结构,也就是说,整个内核是一个单独的、非常大的程序。
在这种结构中,部件的添加和删除都相当麻烦,需要重新编译内核。
为了解决这个问题,不知道从哪个版本的内核开始,Linux引入了一种称为module(模块)的技术,可以把某些功能代码作为模块动态装载到内核中使用。
模块是一种目标对象文件,需要在内核空间执行,可以把它看作是一组已经编译好而且已经链接成可执行文件的程序。
在需要的时候,内核就会实用某种方法调用这些程序来执行特定的操作,实现特定的功能。
内核在内核符号表中维护了一个模块的链表,每个符号表对应一个模块,在把模块加载进内核时正确地对其进行解释,并将模块作为内核的一部分来执行;加载进内核中的模块具有所有的内核权限。
模块可以在系统启动时加载到系统中,也可以在系统运行的任何时刻加载;在不需要时,可以将模块动态卸载。
这样就不用每次修改系统的配置时都要重新编译内核了。
Linux操作系统的模块全面详解二、模块的优缺点内核模块的这种动态装载特性具有以下的优点:1、可以把内核映像文件保持在最小。
在编译内核时可以选择把一部分内容当成模块进行编译,这样在最终生成的内核映像文件中就可以不包含这部分内容,从而生成最小的内核映像文件。
2、灵活性好。
如果需要实用新的模块,不必重新编译内核,只要把新的模块编译后装载进系统中就可以了。
如果对内核源程序进行了修改,也不需要重新编译整个内核,只需要修改对应的部分就可以了。
但是,内核模块的引入也带来了一些问题:1、这种动态加载的特性不利于系统的性能和内存的利用,会带来负面的影响。
linux驱动开发通俗讲解

linux驱动开发通俗讲解Linux驱动开发是一门涉及操作系统和硬件交互的技术,它主要负责管理和控制硬件设备的操作。
比如,键盘、鼠标、打印机等设备,都需要相应的驱动程序来与操作系统进行通信。
在Linux系统中,驱动程序主要由内核提供,它们以模块的形式存在。
当我们插入一个新的设备时,操作系统会自动加载相应的驱动模块,并将其与设备进行绑定。
这样,设备就能被操作系统识别和使用了。
驱动开发涉及到硬件和软件两个方面。
首先,我们需要了解硬件设备的工作原理和通信协议。
有了这些基础知识,我们才能更好地理解设备的工作方式,并编写相应的驱动程序。
我们需要熟悉Linux内核的工作机制和API接口。
内核提供了一系列函数和数据结构,用于驱动程序与操作系统进行交互。
我们可以使用这些接口来访问设备的寄存器、发送控制命令、接收数据等。
在编写驱动程序时,我们需要按照一定的规范和流程进行。
首先,我们需要注册设备驱动程序,告诉操作系统我们要控制哪个设备。
然后,我们需要实现一系列的回调函数,用于处理设备的各种事件和操作。
这些回调函数会在相应的时机被内核调用。
在编写驱动程序时,我们还需要考虑设备的并发访问和错误处理。
由于设备可能同时被多个进程或线程访问,我们需要使用互斥锁等机制来保护共享资源,避免冲突和竞争条件的发生。
同时,我们还需要处理各种可能发生的错误和异常情况,保证系统的稳定性和可靠性。
驱动开发是一项需要耐心和细心的工作。
在编写驱动程序时,我们需要仔细阅读设备的文档和规格说明,了解其特性和限制。
我们还需要进行大量的测试和调试工作,确保驱动程序的正确性和稳定性。
总的来说,Linux驱动开发是一项非常重要的技术,它为我们提供了与硬件设备交互的能力。
通过编写驱动程序,我们可以更好地利用设备的功能,提升系统的性能和稳定性。
希望通过本文的介绍,读者能够对Linux驱动开发有一个初步的了解,并对其重要性有所认识。
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Linux设备驱动程序的概念、作用以及模块
我们首先对linux系统整个框架要有个了解。
Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。
Linux 内核将这4G字节的空间分为两部分,分别是用户空间(0~3G)和内核空间(3G~4G)。
其中,用户空间存放的是应用程序,而内核空间存放的是内核,设备驱动和硬件。
为什么需要存在设备驱动呢?我们知道,内核是操作系统基本的部分,而操作系统是不能够直接控制硬件的,这样我们就需要设备驱动作为操作系统和硬件设备间的粘合剂,相当于一个中间人吧,负责上下两边的沟通。
驱动负责将操作系统的请求传输,转化为特定物理设备控制器能够理解的命令。
这样我们就知道,驱动需要完成两大功能:
1、为linux内核提供调用接口。
2、控制硬件。
因为寄存器是控制硬件的操作,所以驱动程序控制硬件,也就是要通过读写硬件寄存器达到控制硬件的目的。
内核是为应用程序服务的,其本质其实是函数的集合,内核要实现的功能我们可以分为两部门:基本功能和扩展功能。
其中,基本功能包括进程管理,线程管理等等,而扩展功能,可以根据用户的需求自行添加。
下面我们就来探讨一下怎样向内核添加一项功能呢?
1、我们首先想到,肯定需要写一个功能函数,假如我们命名为fun.c,那么函数写好后,必须要和linux源码一起编译,生成zImage内核镜像文件。
2、重新编译内核。
这样就得到了新的内核,这种添加的方式我们称为静态添加。
大家发现,每次修改一次fun.c,都要重新编译一次内核,灰常的麻烦,所以引进了内核模块机制,只需要加载或卸载模块,就可以动态的增加或者删除内核的功能,不用每次都重新编译,是不是很方便?那么接下来我们会想到,这个模块怎么就能和内核连接在一起呢?其实很简单,fun.c文件除了要实现功能呢,还需要包含和内核的接口,内核也提供了模块的接口,只要这两个接口一致,模块就可以融入内核,成为内核的一部分。
Linux驱动程序都是以模块的形式存在的,所以我们称之为驱动模块。
所以我们总结出添加模块的步骤是:
1、写功能函数fun.c。
怎么样编写模块的源码文件,我们以一个Hello模块实例分析。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h> //①模块的头文件,在对应内核下
的include目录中{
… //②功能函数hello.c(同普通} 的.c文件)
Static int __int hellomudule_init(void) //③模块初始化函数
{
Printk(“Hello world!\n”);
Return 0;
}
Static void __ exit hellomodule_exit(void) //模块退出函数
{
Printk(“Goodbye world!\n”);
Return 0;
}
module_init(hellomodule_init); //④用module_init和module_exit module_exit(hellomodule_exit); 指定模块初始化函数和退出函数
MODULE_LICENSE(“GPL”) //⑤“GPL”
2、编译hello.c,生成内核模块文件hello.ko。
模块编译是通过内核顶层目录下的Makefile(如Linux-2.6.30.9/Makefile)文件来实现的。
以下是一个例子:
Obj-m=hello.o
KDIR=/home/linux-2.6.30.9
all:
make –C $(KDIR) SUBDIRS=$(shell pwd)modules //make module规
则就类似于make zImage KDIR:内核目录
SUBUDIRS:模块代码所在的目录
然后make一下,就生成了模块文件hello.ko。
3、将内核模块文件动态的装载到内核。
加载模块命令:insmod
例:
root# insmod ./hello.ko
显示当前加载的模块命令:Ismod
例:
root# Ismod
…
这样,我们就完成了整个添加模块的过程,过程还是比较容易理解的。
今天就写到这里,下次我再把具体做的点亮led灯的一个最简单的字符驱动程序总结一下。