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分类: 嵌入式

2015-08-12 13:19:00

scull(区域装载的简单字符工具)是一个操作内存区域的字符设备驱动程序,这片内存区域就相当于一个设备。主要展示内核
和字符设备驱动程序之间的接口。

代码结构思路:
 1. 首先必须进行模块初始化。具体要求如下:

设备驱动模块加载函数

申请设备号
动态申请设备结构体的内存
初始化并注册cdev

该过程提供设备号和内存空间,在系统中注册内核和设备间的接口struct cdev。
注册的方式如下:

a). 初始化已分配的结构 
     使用函数cdev_init 初始化已经分配到的结构,和初始化所有者字段为 THIS_MODULE
b). 告诉内核该结构的信息 
     使用cdev_add函数


2. 然后调用open函数,提供给驱动程序以初始化能力,从而为以后的操作完成初始化做准备。

OPEN 函数
使用设备结构体内存指针  _devp
如有必要,更新f_op指针(container_of函数)
将设备结构体指针赋值给文件私有数据指针

3. 执行读,写,控制等功能函数。

声明: 本程序由Baohua Song编写。本人只是对该程序做细致描述。


/*======================================================================
    A globalmem driver as an example of char device drivers  
   
    The initial developer of the original code is Baohua Song
    . All Rights Reserved.
======================================================================*/
#include /* 定义含有可装载模块需要的大量符号和函数 */
#include /* 定义dev_t等,作用是用来保存设备编号 */
#include /* 定义file_operations, file等重要结构体,和inode结构 */
#include /* 定义错误编码 */
#include /* 内存管理头文件,含有页面大小定义和一些页面释放函数原型 */
#include /* 调度程序头文件,定义了任务结构task_struct、初始任务0的数据, 
以及一些有关描述符参数设置和获取的嵌入式汇编函数宏语句。 */
#include /* 初始化头文件 */
#include /* 定义字符设备struct  cdev 结构体以及与其相关的一些辅助函数 */
#include /* I/O头文件,以宏的嵌入汇编程序形式定义对I/O端口操作的函数。 */
#include /* 系统头文件,定义了设置或修改描述符/中断门等的嵌入式汇编宏。 */
#include /* 定义访问用户缓冲区函数如:copy_from_user */


#define GLOBALMEM_SIZE 0x1000 /*全局内存最大4K字节*/
#define MEM_CLEAR 0x1  /*清0全局内存*/
#define GLOBALMEM_MAJOR 254    /*预设的globalmem的主设备号*/


static globalmem_major = GLOBALMEM_MAJOR;
/*globalmem设备结构体*/
struct globalmem_dev                                     
{                                                        
  struct cdev cdev; /*cdev结构体*/                       
  unsigned char mem[GLOBALMEM_SIZE]; /*全局内存*/        
};


struct globalmem_dev *globalmem_devp; /*设备结构体指针*/
/*文件打开函数, struct inode 表示一个磁盘上的文件,struct file表示一个打开的文件 */
int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  /*将设备结构体指针赋值给文件私有数据指针*/
  filp->private_data = globalmem_devp;
  return 0;
}
/*文件释放函数*/
int globalmem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}


/* ioctl设备控制函数 */
static int globalmem_ioctl(struct inode *inodep, struct file *filp, unsigned
  int cmd, unsigned long arg)
{
  struct globalmem_dev *dev = filp->private_data;/*获得设备结构体指针*/


  switch (cmd)
  {
    case MEM_CLEAR:
      memset(dev->mem, 0, GLOBALMEM_SIZE);      
      printk(KERN_INFO "globalmem is set to zero\n");
      break;


    default:
      return  - EINVAL;
  }
  return 0;
}


/*读函数*/
static ssize_t globalmem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size,
  loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct globalmem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/


  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= GLOBALMEM_SIZE)
    return count ?  - ENXIO: 0;


/* 读数据长度超过量子剩余空间长度,截断数据长度,将其设为量子剩余空间长度 */  
  if (count > GLOBALMEM_SIZE - p)
    count = GLOBALMEM_SIZE - p;


  /*内核空间->用户空间*/
  if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->mem + p), count))
  {
    ret =  - EFAULT;
  }
  else
  {
    *ppos += count; /* 更新偏移量 */
    ret = count; /* 设置返回值 */
    
    printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }


  return ret;
}


/*写函数*/
static ssize_t globalmem_write(struct file *filp, const char __user *buf,
  size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct globalmem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
  
  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= GLOBALMEM_SIZE)
    return count ?  - ENXIO: 0;
  if (count > GLOBALMEM_SIZE - p)
    count = GLOBALMEM_SIZE - p;
    
  /*用户空间->内核空间*/
  if (copy_from_user(dev->mem + p, buf, count))
    ret =  - EFAULT;
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
    
    printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }


  return ret;
}


/* seek文件定位函数 */
static loff_t globalmem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int orig)
{
  loff_t ret = 0;
  switch (orig)
  {
    case 0:   /*相对文件开始位置偏移*/
      if (offset < 0)
      {
        ret =  - EINVAL;
        break;
      }
      if ((unsigned int)offset > GLOBALMEM_SIZE)
      {
        ret =  - EINVAL;
        break;
      }
      filp->f_pos = (unsigned int)offset; /* 文件偏移量被设置为offset值 */
      ret = filp->f_pos;
      break;
    case 1:   /*相对文件当前位置偏移*/
      if ((filp->f_pos + offset) > GLOBALMEM_SIZE)
      {
        ret =  - EINVAL;
        break;
      }
      if ((filp->f_pos + offset) < 0)
      {
        ret =  - EINVAL;
        break;
      }
      filp->f_pos += offset; /* 文件偏移量更新 */
      ret = filp->f_pos;
      break;
    default:
      ret =  - EINVAL;
      break;
  }
  return ret;
}


/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations globalmem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .llseek = globalmem_llseek,
  .read = globalmem_read,
  .write = globalmem_write,
  .ioctl = globalmem_ioctl,
  .open = globalmem_open,
  .release = globalmem_release,
};


/*初始化并注册cdev*/
static void globalmem_setup_cdev(struct globalmem_dev *dev, int index)
{


/* 将主设备号和次设备号转换成dev_t类型, 成功执行返回dev_t类型的设备编号*/
  int err, devno = MKDEV(globalmem_major, index);


/* 初始化已分配的结构 */
  cdev_init(&dev->cdev, &globalmem_fops);
  dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
  dev->cdev.ops = &globalmem_fops;


/* 告诉内核该结构的信息 */
  err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);
  if (err)
    printk(KERN_NOTICE "Error %d adding LED%d", err, index); /* 日志级别为KERN_NOTICE:有必要进行提示的正常情形 */
}


/*设备驱动模块加载函数*/
int globalmem_init(void)
{
  int result;
  dev_t devno = MKDEV(globalmem_major, 0);


  /* 申请设备号*/
  if (globalmem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 1, "globalmem");
  else  /* 动态申请设备号 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalmem");
    
    /* 提取主设备号 */
    globalmem_major = MAJOR(devno);
  }  
  if (result < 0)
    return result;
    
  /* 动态申请设备结构体的内存,GFP_KERNEL是linux内存分配器的标志,标识着内存分配器将要采取的行为。*/
  globalmem_devp = kmalloc(sizeof(struct globalmem_dev), GFP_KERNEL);
  if (!globalmem_devp)    /*申请失败*/
  {
    result =  - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
  memset(globalmem_devp, 0, sizeof(struct globalmem_dev));
  
  globalmem_setup_cdev(globalmem_devp, 0);
  return 0;


  fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);
  return result;
}


/*模块卸载函数*/
void globalmem_exit(void)
{
  cdev_del(&globalmem_devp->cdev);   /*注销cdev*/
  kfree(globalmem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(globalmem_major, 0), 1); /*释放设备号*/
}


MODULE_AUTHOR("Song Baohua");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");


module_param(globalmem_major, int, S_IRUGO);


module_init(globalmem_init);
module_exit(globalmem_exit);


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