LINUX驅動開發中字符設備模型研究

摘 要：嵌入式LINUX內核雖小，功能卻十分強大，而且軟件資源較為豐富，在很多領域廣受歡迎。設備驅動程序意義重大，在LINUX內核中占據著重要地位，是實現硬件設備和操作系統交互的關鍵。驅動程序為實現某設備的初始化而編寫相應的初始化函數，當使用該設備時，通過訪問相應的文件節點，編寫過的函數便會提供應有的功能。本文主要分析了字符設備驅動程序。

關鍵詞：嵌入式LINUX；字符設備模型；設備驅動程序

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 08-0000-01

一、LINUX系統設備驅動概念

為了將一些硬件細節隱藏，設置統一的編程接口，LINUX系統采用了設備驅動形式，該驅動形式能夠在底層硬件不同的情況下，把具體的設備轉化為抽象的設備文件。設備文件只是驅動訪問的入口點，不會占用系統空間，通過設備文件，系統程序可完成對相關設備的各項操作。在LINUX系統中，主要有三種設備：（1）字符設備；（2）塊設備；（3）網絡設備。

二、設備驅動程序的組成

設備初始化函數是設備驅動程序編寫的重點內容，能夠實現設備的初始化，因此可將設備驅動程序看作是一組函數集合。驅動加載時，需用到入口函數initmodule（），主要負責結構體賦值及寄存器置位等初始化工作，設備注冊是其最主要的工作，由字符設備通過函數register_chrdev（）完成注冊。然后此設備便可獲得主設備號和此設備號，同時實現和設備文件的連接。當需要卸載設備驅動時，應將相應的資源進行回收，并將寄存器值復位，同時將該設備注銷。關于系統調用，則主要是對設備的各種操作，包括open、write、read及ioctl等。

可將設備驅動程序分作三部分，一為初始化子程序，主要負責所需硬件設備的檢查工作，確定其是否處于正常狀態。該部分只在初始化時使用；二為請求子程序，作為驅動程序的上半部分，主要是系統調用的結果；三為中斷服務程序，是驅動程序的下半部分。

三、字符設備驅動程序及其注冊卸載

（一）硬件驅動程序被調用時，應用程序只能借助統一的接口函數完成此項工作，而這個接口就是系統調用，每個系統調用都有一個與之相對應的函數。而對字符設備驅動程序而言，所有的函數都集中在一個file_operations類型的數據結構中，并且定義了普通文件I/O函數的入口。至于file_operations，則是在內核的include/linux/fs.h文件中定義。

通常來講，字符設備程序編寫的目的是為了各個具體的file_operations結構編寫相應的函數，而很少會有驅動程序將其全部利用，通常只能利用一部分。字符設備需要的入口包括open（），release（），write（），read（），ioctl（）等。其中，open（）和ioctl（）是本文所需要的。

open（）函數，如果系統調用的是設備的特殊文件，需同時調用驅動程序的open（）函數：int（*open）（structinode*，structfile）；

ioctl（）函數，它是一種具有特殊意義的控制函數，借助此函數可將控制信息傳遞給設備，也可以接收來自設備的信息，其原型為：int（*ioctl）（structinode*，structfile*，unsignedint，unsignedlong）.

（二）在字符設備進行注冊時，需要依據該函數完成：intregister_chrdev（unsignedintmajor，constchar*name，structfile_operation*fops）.當需要卸載時，入口點為cleanup_module函數，卸載函數為：intunregister_chrdev（unsignedintmajor，constchar*name）.

四、LED設備程序設計

將設備宏定義為LED設備，其主設備號的代碼如下：

#defineDEVICE_NAME〞leds〞

#defineLED_MAJOR231

s3c2410_leds_fops是一種十分重要的結構，此處的open、ioctl分別被設置為s3c2410_leds_open、s3c2410_leds_ioctl函數，作用依次是對GPIO引腳進行初始化、設置GPIO的輸出電平。

Staticints3c2410_led_open（structinode*inode，structfile*filp）

{

return0；

}

staticints3c2410_led_ioctl（structinode*inode，structfile*filp，unsignedintcmd，unsignedlongarg）

{

switch（cmd）{

caseLED_ON：

s3c2410_gpio_setpin（LED1，LED_ON）；

dev.status=1；

break；

caseLED_OFF：

s3c2410_gpio_setpin（LED1，LED_OFF）；

dev.status=0；

break；

default：

return-EINVAL；

}

return0；

}

Staticstructfileoperationss3c2410_leds_fops={

Owner=THIS_MODULE，

Open=s3c2410_leds_open，

Ioctl=s3c2410_leds_ioctl，

}；

在LINUX內核中，驅動程序十分關鍵，需要有相應的初始化函數，對設備進行初始化，通過register_chrdev函數注冊驅動程序，實現LED_MAJOR和s3c2410_leds_fops的連接。當應用程序對主設備號為LED_MAJOR的設備文件進行操作時，就會調用起open、ioctl等函數。

module_init宏和module_exit宏分別可以指定驅動程序初始化函數、卸載函數。

module_init（s3c2410_leds_init）；

module_exit（s3c2410_leds_exit）.

五、結束語

對LINUX系統的設備驅動程序的概念和組成做了簡單介紹，并結合LED驅動程序的開發對字符設備驅動程序進行了進一步分析。

參考文獻：

[1]王科，姚振東.基于嵌入式Linux的字符設備驅動開發[J].成都信息工程學院學報，2008，24（3）：190-191.