驅(qū)動學(xué)習(xí)之字符設(shè)備驅(qū)動的原理

1：嵌入式系統(tǒng)的整體工作原理

  應(yīng)用層->API->設(shè)備驅(qū)動->硬件

  比如，在應(yīng)用層，現(xiàn)在使用read函數(shù)去讀取一個設(shè)備文件，這個read函數(shù)是屬于應(yīng)用層的，它不能直接讀取設(shè)備文件，而是通過內(nèi)核層的函數(shù)（其實就是和file_operations結(jié)構(gòu)體中read這個函數(shù)指針相綁定的函數(shù)，這個函數(shù)才是真正操作硬件的函數(shù)）來實現(xiàn)讀取文件，

2：file_operations結(jié)構(gòu)體

（1）這個結(jié)構(gòu)體里面存放的是一個驅(qū)動里面操作文件的各種函數(shù)指針，比如，現(xiàn)有一個驅(qū)動，它可以打開一個文件，那么這個驅(qū)動對應(yīng)的fire_operation結(jié)構(gòu)體里面的open函數(shù)指針就和這個驅(qū)動的打開文件的操作函數(shù)相綁定，當(dāng)調(diào)用這個驅(qū)動去打開文件時，就會到這個驅(qū)動的fire_operation結(jié)構(gòu)體中去找到open函數(shù)指針，進而找到驅(qū)動代碼中對應(yīng)的打開文件的函數(shù)。

（2）每個驅(qū)動都有一個fire_operations結(jié)構(gòu)體，用來管理這個驅(qū)動的操作函數(shù)。

（3）設(shè)備驅(qū)動相內(nèi)核注冊時提供該結(jié)構(gòu)體類型的變量。

2：注冊字符驅(qū)動設(shè)備

（1）：為什么要注冊：因為注冊后內(nèi)核才能找到這個驅(qū)動

（2）：誰去負責(zé)注冊：驅(qū)動自己去注冊

（3）向誰注冊：向內(nèi)核注冊

（4）注冊函數(shù)從哪來：注冊函數(shù)是register_chrdev，有內(nèi)核提供

（5）注冊后的結(jié)果：注冊后內(nèi)核就能記錄這個驅(qū)動的file_operations，將來要用到這個驅(qū)動的時候就可以通過這個驅(qū)動的file_operation來找到相應(yīng)的驅(qū)動。

3：register_chrdev（驅(qū)動注冊函數(shù)）

static inline int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,const struct file_operations *fops)
{
return __register_chrdev(major, 0, 256 , name, fops);
}

（1）路徑為/include/linux/fs.h，所以以后使用的時候需要添加#include<linux/fd.h>

（2）作用：驅(qū)動向內(nèi)核注冊自己的file_operations

（3）返回值：注冊成功返回0，注冊失敗返回一個負整數(shù)

（4）參數(shù)

  unsigned int major：主設(shè)備號，主設(shè)備號是內(nèi)核或者自己給設(shè)備（硬件）定義的編號，將來要操作這個硬件的時候只要去調(diào)用這個編號（范圍是0-255）就行。這設(shè)備號可以有內(nèi)核自動分配，也可以由程序員自己指定，假如自己指定的編號比如是38已經(jīng)被占用了，那么file_operations就會返回一個負整數(shù)，注冊失敗。

  const char *name：當(dāng)前設(shè)備驅(qū)動的名字，便于程序員查看這個驅(qū)動的具體作用。

  const struct file_operations *fops：把這個驅(qū)動的file_operations結(jié)構(gòu)體變量傳給內(nèi)核，用于注冊這個驅(qū)動。

（5）static：為了防止和其他文件的函數(shù)重名

（6）inline：這個函數(shù)是定義在頭文件中的，在預(yù)處理的時候頭文件內(nèi)容是在.c文件中原地展開的，所以當(dāng)有多個.c文件調(diào)用這個頭文件中時就會提示重復(fù)定義的錯誤。另一個原因是，這個函數(shù)的內(nèi)容很短，使用inline就可以減少函數(shù)調(diào)用的開銷，提高函數(shù)調(diào)用的速度。

4：內(nèi)核如何管理字符設(shè)備驅(qū)動

（1）內(nèi)核張有一個數(shù)組用來存儲注冊的字符設(shè)備驅(qū)動

（2）register_chrdev內(nèi)部將我們要注冊的驅(qū)動信息（主要是）存儲在書中中相應(yīng)的位置中

（3）使用cat /proc/devices去查看當(dāng)前系統(tǒng)中已經(jīng)注冊的設(shè)備

5：proc文件系統(tǒng)

（1）/proc 文件系統(tǒng)是一種內(nèi)核和內(nèi)核模塊用來向進程(process) 發(fā)送信息的機制(所以叫做/proc)。這個偽文件系統(tǒng)讓你可以和內(nèi)核內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行交互，獲取 有關(guān)進程的有用信息，在運行中(on the fly) 改變設(shè)置(通過改變內(nèi)核參數(shù))。 與其他文件系統(tǒng)不同，/proc 存在于內(nèi)存之中而不是硬盤上。如果你察看文件/proc/mounts (和mount 命令一樣列出所有已經(jīng)加載的文件系統(tǒng))，你會看到其中 一行是這樣的：

grep proc /proc/mounts

/proc /proc proc rw 0 0

/proc 由內(nèi)核控制，沒有承載/proc 的設(shè)備。因為/proc 主要存放由內(nèi)核控制的狀態(tài)信息，所以大部分這些信息的邏輯位置位于內(nèi)核控制的內(nèi)存。對/proc 進行一次'ls -l' 可以看到大部分文件都是0 字節(jié)大的；不過察看這些文件的時候，確實可以看到一些信息。這怎么可能？這是因為/proc 文件系統(tǒng)和其他常規(guī)的文件系統(tǒng)一樣把自己注冊到虛擬文件系統(tǒng)層(VFS) 了。然而，直到當(dāng)VFS 調(diào)用它，請求文件、目錄的 i-node 的時候，/proc 文件系統(tǒng)才根據(jù)內(nèi)核中的信息建立相應(yīng)的文件和目錄。

（2）加載proc 文件系統(tǒng)

如果系統(tǒng)中還沒有加載proc 文件系統(tǒng)，可以通過如下命令加載proc 文件系統(tǒng)：

mount -t proc proc /proc

上述命令將成功加載你的proc 文件系統(tǒng)。更多細節(jié)請閱讀mount 命令的man page。

（3）察看/proc 的文件

/proc 的文件可以用于訪問有關(guān)內(nèi)核的狀態(tài)、計算機的屬性、正在運行的進程的狀態(tài)等信息。大部分/proc 中的文件和目錄提供系統(tǒng)物理環(huán)境最新的信息。盡管/proc 中的文件是虛擬的，但它們?nèi)钥梢允褂萌魏挝募庉嬈骰蛳?more', 'less'或'cat'這樣的程序來查看。當(dāng)編輯程序試圖打開一個虛擬文件時，這個文件就通過內(nèi)核中的信息被憑空地(on the fly) 創(chuàng)建了。這是一些我從我的系統(tǒng)中得到的一些有趣結(jié)果

參考

http://www.2cto.com/os/201202/119552.html