Linux设备驱动程序简介[整理]

系统调用是操作系统内核与应用程序之间的接口，设备驱动程序则是操作系统内核与机器硬件的接口。几乎所有的系统操作最终映射到物理设备，除了CPU、内存和少数其它设备，所有的设备控制操作都由该设备特殊的可执行代码实现，此代码就是设备驱动程序。操作系统内核需要访问两类主要设备:字符设备和块设备。与此相关主要有两类设备驱动程序，字符设备驱动程序和块设备驱动程序。Linux（也是所有UNIX）的基本原理之一是：系统试图使它对所有各类设备的输入、输出看起来就好象对普通文件的输入、输出一样。设备驱动程序本身具有文件的外部特征，它们都能使用象 open（），close（），read（），write（）等系统调用。为使设备的存取能象文件一样处理，所有设备在目录中应有对应的文件名称，才可使用有关系统调用。 

驱动程序是内核与硬件的接口，他把系统调用映射到具体设备对于实际硬件的特定操作上，关系如下图所示：

通过这种方法，应用程序就可以像操作普通文件一样操作硬件设备，用户程序只需要关心这个抽象出来的文件，而一切同硬件打交道的工作都交给了驱动程序。比如我们要向屏幕输出一串字符串，我们只需要把字符串写到显卡所抽象出来的文件里，而真正把字符串传到显卡里的工作就是由驱动程序来完成的。

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在Linux下，驱动程序是内核的一部分，运行在内核态下，你可以将驱动静态的和内核编译在一起，这样的缺点是内核会比较大，而且如果驱动出错，会导致整个系统崩溃；也可以以module的方式编译，在需要的时候动态的载入。如果你编译过内核，应该记得在make menuconfig中，选项前面是可以选择和的，就分别表示"编译到内核中"和"编译成模块"。

下面介绍下模块，一个简单的“helloworld module”如下所示：

#include      

#include      

 int init_module(void)

{

   printk("Hello world 1. "); 

   // A non 0 return means init_module failed; module can't be loaded.

   return 0;

}

 

void cleanup_module(void)

{

  printk(KERN_ALERT "Goodbye world 1. ");

}

其中，init_module函数是加载模块时会被调用的，一般作一些初始化的工作；cleanup_module函数是卸载模块时会被调用的，做一些清理的工作。因为模块是运行在内核态的，你自然不能使用库函数，因此要打印信息，需要使用printk函数而不是printf函数。另外，可以使用任意函数名(只要同内核函数名不冲突)来替换init_module和cleanup_module这两个函数名，但必须使用module_init(初始化函数名)，module_exit(卸载时函数名)这两个宏来声明一下，也就是说，下面这个模块和上面的模块是等价的：

#include      

#include      

 int helloworld(void)

{

   printk("<1>Hello world 1. ");

    // A non 0 return means init_module failed; module can't be loaded.

   return 0;

}

 

void goodbyeworld(void)

{

  printk(KERN_ALERT "Goodbye world 1. ");

}

module_init(helloworld);

module_exit(goodbyeworld);

我们通过make编译生成一个模块文件".ko"之后，使用"insmod"命令来加载模块，那么“insmod”具体做了什么呢？

下面来介绍下insmod这个工具：

insmod是linux下加载模块的工具，路径一般是/sbin/insmod，当调用这个工具后，它的工作基本如下：

在用户空间打开待安装的module

调用query_module()系统调用询问无法落实的符号在内核或其他模块中的地址

链接操作，落实模块中的符号引用

调用create_module()系统调用在内核中创建module数据结构，并申请所需的内核空间

调用init_module()系统调用将链接好的module映像装入内核空间，然后调用模块中的init_module()函数（注意：这里面的两个init_module函数不一样，一个是系统调用，一个是你写在模块里面的函数）

从已加载模块中卸载模块使用的是“rmmod”,"rmmod"所做工作如下：

调用delete_module()系统调用释放模块的module结构，同时释放模块所占的内核空间

调用模块中的cleanup_module()的函数

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那么，一般情况下，驱动程序会在init_module()和cleanu_module()函数中做些什么呢？

init_module(): 向内核登记本模块中一些包含着函数指针的数据结构（如：file_operations）

cleanup_module(): 向内核撤销曾经的数据结构的登记，使内核在模块卸载后不至于再企图访问这些数据结构

内核通过 printk() 输出的信息具有日志级别，日志级别是通过在 printk() 输出的字符串前加一个带尖括号的整数来控制的，如 printk("<6>Hello, world!/n");。内核中共提供了八种不同的日志级别，在 linux/kernel.h 中有相应的宏对应，以Ubuntu10.04为例具体位置在usr/src/linux-headers-2.6.32-21/include/linux/kernel.h中：

#define KERN_EMERG "<0>"

#define KERN_ALERT "<1>"

#define KERN_CRIT "<2>"

#define KERN_ERR "<3>"

#define KERN_WARNING "<4>"

#define KERN_NOTICE "<5>"

#define KERN_INFO "<6>"

#define KERN_DEBUG "<7>"

参考如下网址：

http://www.spongeliu.com/110.html

http://blog.chinaunix.net/uid-23860671-id-150493.html

http://blog.csdn.net/yeqishi/article/details/5800198