Linux內(nèi)核中字符驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)方法

ID:1040469 · 發(fā)表于 2022-8-18 09:59

今天主要和大家聊一聊，如何理解字符驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)方法。

第一：字符驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)方法

在Linux世界，應(yīng)用進(jìn)程不能直接訪問硬件設(shè)備，當(dāng)進(jìn)程需要訪問硬件設(shè)備（比如讀取磁盤文件，接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等）時，必須由用戶態(tài)模式切換至內(nèi)核態(tài)模式，通過系統(tǒng)調(diào)用訪問硬件設(shè)備。

如上圖所示，應(yīng)用程序控制硬件的必要因素包括：應(yīng)用程序、設(shè)備文件、設(shè)備驅(qū)動程序和硬件。前面三個部分在控制硬件時的具體作用和形式如下

●應(yīng)用程序:

應(yīng)用程序是指利用系統(tǒng)函數(shù)或程序所定義的函數(shù)運(yùn)行特殊功能的程序。Linux 中運(yùn)行的應(yīng)用程序在用戶空間采取進(jìn)程形式運(yùn)作，并且只控制系統(tǒng)分配的內(nèi)存和文件,不能直接控制硬件。

●設(shè)備文件

設(shè)備文件與普通文件不同，它鏈接了利用內(nèi)核的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制硬件的設(shè)備驅(qū)動程序函數(shù)。應(yīng)用程序?yàn)榱丝刂朴布褂玫图壩募斎胼敵龊瘮?shù)在設(shè)備文件上讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，從而呼叫控制硬件的設(shè)備驅(qū)動程序函數(shù)。

●設(shè)備驅(qū)動程序

設(shè)備驅(qū)動可以采用模塊的方式加載到內(nèi)核里，也可以直接體現(xiàn)在內(nèi)核里，應(yīng)用程序通過與相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序鏈接的設(shè)備文件調(diào)用字符設(shè)備驅(qū)動程序。

進(jìn)而對上面進(jìn)行抽象：

第二：Linux內(nèi)核調(diào)用字符驅(qū)動的方法

應(yīng)用程序利用open函數(shù)打開設(shè)備文件后獲取類型信息和主設(shè)備號，再利用該信息得到注冊在chrdevs的設(shè)備驅(qū)動程序index，接著利用獲取到的index值，獲得注冊在chrdevs變量上的file_operations結(jié)構(gòu)體地址，該結(jié)構(gòu)體記錄了字符設(shè)備驅(qū)動程序使用其注冊函數(shù)設(shè)定相應(yīng)低級文件輸入輸出函數(shù)的內(nèi)容。

如下圖所示，表示了設(shè)備驅(qū)動程序的運(yùn)行方式。

在底層驅(qū)動里使用ioctl函數(shù)來對設(shè)備進(jìn)行控制，ioctl的運(yùn)行概念結(jié)構(gòu)如圖：

ioctl函數(shù)上傳送的變量cmd 是應(yīng)用程序用于區(qū)別向設(shè)備驅(qū)動程序請求處理內(nèi)容的值，cmd 除了可區(qū)別的數(shù)字外，還包含有助于處理的幾種相應(yīng)的信息。cmd 的大小為32 位,位的結(jié)構(gòu)如下圖:

總結(jié)：利用內(nèi)核分析，調(diào)用底層驅(qū)動函數(shù)的基本原理，方能走的更遠(yuǎn)。

ID:491589 · 發(fā)表于 2022-10-11 13:38

謝謝樓主清晰的介紹，非常贊同對原理的理解，方能走得更遠(yuǎn)的說法！

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