Linux设备驱动程序框架

一、linux的设备驱动程序与外界的可以分为三个部分：

　　1．驱动程序与操作系统内核的接口。通过file_operations(include/linux/fs.h)数据结构来完成的。

　　2．驱动程序与系统引导的接口。这部分利用驱动程序对设备进行初始化。

　　3．驱动程序与设备的接口。这部分描述了驱动程序如何与设备进行交互，与具体的设备密切相关。

　　二、根据功能划分，设备驱动程序的代码有以下几部分：

　　1．驱动程序的注册和注销。

　　2．设备的打开和释放。

　　3．设备的读写操作。

　　4．设备的控制操作。

　　5．设备的中断和轮询处理。

　　三、驱动程序的注册和注销：

　　设备驱动程序可以在系统启动的时候初始化，也可以在需要的时候动态加载。字符设备的初始化由chr_dev_init()完成，包括对（devfs_register_chrdev(MEM_MAJOR,"mem",&memory_fops)），终端（tty_init()），（lp_init()），鼠标（misc_init()）等字符设备的初始化。

　　块设备初始化由blk_dev_init()完成，这包括对IDE硬盘（ide_init()），软盘（floppy_init()），等块设备的初始化。

　　每个字符设备或是块设备的初始化都是通过devfs_register_chrdev()或是devfs_register_blkdev()向内核注册。在关闭字符设备或是块设备时，还需要通过devfs_unregister_chrdev()或是devfs_unregister_blkdev()从内核中注销设备。

　　四、设备的打开和释放：

　　打开设备是由()来完成的。例如，打印机是用lp_open()打开的，而硬盘是用hd_open()打开的。在大部分设备驱动程序中，open完成如下工作：

　　1．增加设备的是用计数。

　　2．检查设备的相关错误，如设备尚未准备好或是类似硬件的问题。

　　3．检查是首次打开，则初始化设备。

　　4．识别次设备号，如有必要则更新f_op指针。

　　5．如果需要，分配且设置要放在filp->private_data里的数据结构。

　　释放设备由release()来完成，例如释放打印机是用lp_release()，而释放终端设备是用tty_release()。释放设备的一般步骤包括：

　　1．释放在filp->private_data中的open分配的内存。

　　2．如果是最后一次释放，则关闭设备。

　　3．递减设别的使用计数。

　　五、设备的读写操作：

　　字符设备使用各自的read()和write()来进行数据读写。例如，对虚拟终端的读写是通过vcs_read()和vcs_write()来进行数据读写的。

　　块设备使用通用的generic_file_read()和generic_file_write()来进行数据读写。这两个通用函数向请求表添加读写请求，内核可以通过ll_rw_block()优化请求顺序。由于是对内存缓冲区而不是设备进行操作的，因而可以加快读写请求。如果内存缓冲区内没有要读入的数据或是要将写请求写入设备，那么就要真正的执行数据传输。这是通过数据结构request_queue和request_fn()来完成(include/linux/blkdev.h）。

　　六、设备的控制操作：

　　除了读写操作，有时还要控制设备。这可以通过设备驱动程序中的ioctl()来完成。例如IDE硬盘的控制可以通过hd_ioctl()，对光驱的控制可以通过cdrom_ioctl()。

　　与读写操作不同，ioctl()的用法与具体设备密切相关。以软驱的floppy_ioctl()为例(drivers/block/floppy.c）：

　　static int fd_ioctl(struct inode *inode,

　　struct file *filp,

　　unsigned int cmd,

　　unsigned long param);

　　其中，cmd的取值及含义都是与软驱有关的，比如，FDEJECT表示弹出软盘。

　　除了ioctl()，设备驱动程序还可能有其他控制函数，比如llseek()等。

　　七、设备的轮询和中断处理：

　　对于不支持中断的设备，读写时需要轮询设备状态，以及是否需要继续进行数据传输。例如，打印机。如果设备支持中断，则可按照中断方式进行。