簡單字符設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計.doc

實驗五：簡單字符設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計實驗學(xué)時：4實驗類型：（設(shè)計）一、實驗?zāi)康?. 理解設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程；2. 掌握Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的基本過程和設(shè)計方法； 3. 學(xué)會編寫簡單的字符設(shè)備驅(qū)動程序。二、實驗條件 Linux操作系統(tǒng) gcc三、實驗原理及相關(guān)知識設(shè)備驅(qū)動程序是I/O進程與設(shè)備控制器之間的通信程序。驅(qū)動程序的功能： 接收由設(shè)備獨立性軟件發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體的要求。 檢查用戶I/O請求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。 發(fā)出I/O命令。 及時響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進行處理。 對于設(shè)置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的I/O請求，自動地構(gòu)建通道程序。設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程： 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 檢查I/O設(shè)備請求的合法性 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) 傳送必要的參數(shù) 工作方式的設(shè)置 啟動I/O設(shè)備Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核的重要組成部分，它與硬件設(shè)備之間建立了標準的抽象接口。通過這個接口，用戶可以像處理普通文件一樣，對硬件設(shè)備進行打開(open)、關(guān)閉(close)、讀寫(read/write)等操作。通常設(shè)備驅(qū)動程序接口是由結(jié)構(gòu)file_operations結(jié)構(gòu)體向系統(tǒng)說明的，它定義在include/linux/fs.h中。file_operations的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：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 *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); . ; open 入口點：open函數(shù)負責(zé)打開設(shè)備、準備I/O。任何時候?qū)υO(shè)備文件進行打開操作，都會調(diào)用設(shè)備的open入口點。所以，open函數(shù)必須對將要進行的I/O操作做好必要的準備工作，如清除緩沖區(qū)等。如果設(shè)備是獨占的。則open函數(shù)必須將設(shè)備標記成忙狀態(tài)。 close入口點close函數(shù)負責(zé)關(guān)閉設(shè)備的操作，當(dāng)最后一次使用設(shè)備完成后，調(diào)用close函數(shù)，關(guān)閉設(shè)備文件。獨占設(shè)備必須標記為可再次使用。close()函數(shù)作用是關(guān)閉打開的文件。 read入口點read函數(shù)負責(zé)從設(shè)備上讀數(shù)據(jù)和命令，有緩沖區(qū)的I/O設(shè)備操作一般是從緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)。 write入口點write函數(shù)負責(zé)往設(shè)備上寫數(shù)據(jù)。對于有緩沖區(qū)的I/O設(shè)備操作，一般是把數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)里。對字符設(shè)備文件進行寫操作將調(diào)用write函數(shù)。 ioctl入口點ioctl函數(shù)執(zhí)行讀、寫之外的操作，主要實現(xiàn)對設(shè)備的控制。四、實驗步驟 (1) file_operations結(jié)構(gòu)體設(shè)計(2) 模塊初始化、模塊卸載函數(shù)實現(xiàn)(3) 讀寫函數(shù)的實現(xiàn)(4) 測試程序編寫(5) 驅(qū)動程序編譯和加載(6) 驅(qū)動程序測試實驗報告要求：(1) 驅(qū)動程序工作理說明(2) 驅(qū)動程序中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及符號說明。(3) 流程圖。(4) 源程序并附上注釋。(5) 程序運行結(jié)果和分析。五、思考題及其它塊設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計。附件（1）驅(qū)動程序string.c#include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE(GPL);#define MAJOR_NUM 254 /主設(shè)備號static char str20=Hello,Wrold!; /string設(shè)備的數(shù)組static ssize_t string_read(struct file *filp, char *buf,size_t len,loff_t *loff) /讀函數(shù) /將str中的內(nèi)容從內(nèi)核空間復(fù)制到用戶空間 if (copy_to_user(buf, &str, sizeof(str) return -1; return sizeof(str);static ssize_t string_write(struct file *filp,const char *buf,size_t len,loff_t *off) /寫函數(shù) /將用戶空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核空間的str數(shù)組中 if(copy_from_user(&str,buf,sizeof(str) return -1; return sizeof(str);/初始化字符設(shè)備驅(qū)動的file_operations結(jié)構(gòu)體struct file_operations string_fops= read: string_read, /將標準的讀取函數(shù)指向?qū)?yīng)于設(shè)備的具體函數(shù) write: string_write, /將標準的寫函數(shù)指向?qū)?yīng)于設(shè)備的具體函數(shù);static int _init string_init(void) int ret; /注冊設(shè)備驅(qū)動 ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, string, &string_fops); if (ret) printk(string register failure); /注冊失敗 else printk(string register success); /注冊成功 return ret;static void _exit string_exit(void) int ret; /銷毀設(shè)備驅(qū)動 ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, string); if (ret) printk(string unregister failure); else printk(string unregister success); module_init(string_init);module_exit(string_exit);（2）測試程序test.c： #include #include #include #include /包括文件操作函數(shù)，如open()、close()、read()等main() int fd; char str20; /打開”/dev/string” fd = open(/dev/string, O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); /打開設(shè)備文件 if (fd != -1 ) /打開設(shè)備文件成功 read(fd, &str, sizeof(str); /初次讀str printf(The string is :%sn, str); printf(Please input the string to the sentence:n); scanf(%s, &str); write(fd, &str, sizeof(str); /寫str read(fd, &str, sizeof(str); /再次讀str printf(The string is :%sn, str); /關(guān)閉”/dev/string” close(fd); else /打開設(shè)備文件失敗 printf(Device open failuren); （3）調(diào)試說明編譯驅(qū)動程序string.c（如圖1）： 圖1 編譯驅(qū)動程序模塊加載（如圖2）圖2 編譯驅(qū)動程序模塊加載如果加載成功，就會在/proc/devices中看到該設(shè)備：使用命令：cat /proc/devices查看（如圖3）圖3 查看設(shè)備可以看到多了“254 string”一行，說明設(shè)備驅(qū)動模塊加載成功。接著創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點，用戶進程就可以通過這個結(jié)點訪問到字符數(shù)組的虛擬設(shè)備了：創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點可以使用如下命令：mknod /dev/string c 254 0（如圖4）圖4 創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點至此設(shè)備驅(qū)動模塊加載完成；為了驗證驅(qū)動程序的正確性，下面進行測試。首先編譯測試文件test.c，使用命令 ：gcc test.c o test.o （如圖 5）圖5 編譯測試程序編譯完成后生成一個test.o 的文件，運行該文件：使用命令：./test.o （如圖 6）圖6 運行測試程序可以看到初始化時str為”Hello,Wrold!”，所以讀取的字符串為Hello,Wrold!。此時按照提示輸入新數(shù)值：“