PROGRAM FOR BLOCK DEVICE DRIVER OF DEVFS TYPE
对linux的devfs类型的驱动程序的编写可以从以下几大内容理解和入手: 通过分析驱动程序源代码可以发现驱动程序一般可分三部分: 核心数据结构;核心数据和资源的初始化,注册以及注消,释放;底层设备操作函数; A.核心数据结构 struct file_operations fops 设备驱动程序接口 struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, 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); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); }; block_device_operations 块设备驱动程序接口 { int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned, unsigned long); int (*check_media_change) (kdev_t); int (*revalidate) (kdev_t); struct module *owner; };块设备的READ().WRITE()不在这里注册,而是在设备的读写请求队列里注册,内核在这里将调用通用的blk_read(),blk_write().向读写队列 发出读写请求. Linux 利用这些数据结构向内核注册open(),release(),ioctl(),check_media_change(),rvalidate()等函数的入口句柄. 我们将要编写的open(),release(),ioctl(),check_media_change(),revalidate()等函数,将在驱动初始化的时候, 通过一个此结构类型的变量向内核提供函数的 入口. struct request_queue_t 设备请求队列的数据结构 struct request_list { unsigned int count; unsigned int pending[2]; struct list_head free; }; struct request { struct list_head queue; int elevator_sequence; kdev_t rq_dev; int cmd; /* READ or WRITE */ int errors; unsigned long start_time; unsigned long sector; unsigned long nr_sectors; unsigned long hard_sector, hard_nr_sectors; unsigned int nr_segments; unsigned int nr_hw_segments; unsigned long current_nr_sectors, hard_cur_sectors; void * special; char * buffer; struct completion * waiting; struct buffer_head * bh; struct buffer_head * bhtail; request_queue_t *q; }; struct request_queue { /* * the queue request freelist, one for reads and one for writes */ struct request_list rq; /* * The total number of requests on each queue */ int nr_requests; /* * Batching threshold for sleep/wakeup decisions */ int batch_requests; /* * The total number of 512byte blocks on each queue */ atomic_t nr_sectors; /* * Batching threshold for sleep/wakeup decisions */ int batch_sectors; /* * The max number of 512byte blocks on each queue */ int max_queue_sectors; /* * Together with queue_head for cacheline sharing */ struct list_head queue_head; elevator_t elevator; request_fn_proc * request_fn; merge_request_fn * back_merge_fn; merge_request_fn * front_merge_fn; merge_requests_fn * merge_requests_fn; make_request_fn * make_request_fn; plug_device_fn * plug_device_fn; /* * The queue owner gets to use this for whatever they like. * ll_rw_blk doesn‘t touch it. */ void * queuedata; /* * This is used to remove the plug when tq_disk runs. */ struct tq_struct plug_tq; /* * Boolean that indicates whether this queue is plugged or not. */ int plugged:1; /* * Boolean that indicates whether current_request is active or * not. */ int head_active:1; /* * Boolean that indicates you will use blk_started_sectors * and blk_finished_sectors in addition to blk_started_io * and blk_finished_io. It enables the throttling code to * help keep the sectors in flight to a reasonable value */ int can_throttle:1; unsigned long bounce_pfn; /* * Is meant to protect the queue in the future instead of * io_request_lock */ spinlock_t queue_lock; /* * Tasks wait here for free read and write requests */ wait_queue_head_t wait_for_requests; struct request *last_request; }; 缓冲区和对缓冲区相应的I/O操作在此任务队列中相关联,等待内核的调度.如果是字符设备就不需要此数据结构.而 块设备的read(),write()函数则在buffer_queue的initize和设备请求队列进行处理请求焙虼莞鴕equest_fn(). struct request_queue_t{}设备请求队列的变量类型,驱动程序在初始化的时候需要填写request_fn(). 其他的数据结构还有 I/O port,Irq,DMA 资源分配,符合POSIX标准的ioctl的cmd的构造和定义,以及描述设备自身的 相关数据结构定义-如设备的控制寄存器的相关数据结构定义,BIOS里的参数定义,设备类型定义等. B.初始化和注册和注消,模块方式驱动程序的加载和卸载. 设备驱动程序在定义了数据结构后 ,首先开始初始化: 如I/O 端口的检查和登记,内核对 I/O PORT的检查和登记提供了两个 函数check_region(int io_port, int off_set) 和request_region(int io_port, int off_set,char *devname).I/O Port登记后,就可以用inb()和outb()进行操作了 . 还有DMA和Irq的初始化检查和 登记, int request_irq(unsigned int irq ,void(*handle)(int,void *,struct pt_regs *),unsigned int long flags, const char *device); irq: 是要申请的中断。 handle:中断处理函数指针。 flags:SA_INTERRUPT 请求一个快速中断,0 正常中断。 device:设备名。 如果登记成功,返回0,这时在/proc/interrupts文件中可以看你请求的中断。 DMA主要是在内存中分配交换内存空间.还有缓冲区,设备请求队列的初始化. 还有设备控制寄存器的检查和初始化,还有对设备自身相关的数据结构的初始化,填写一些设备特定的数据等. 然后,开始注册 devfs_register()向VFS注册统一的设备操作函数. static struct file_operations XXX_fops = { owner: THIS_MODULE, XXX_fops所属的设备模块 read: XXX_read, 读设备操作 write: XXX_write, 写设备操作 ioctl: XXX_ioctl, 控制设备操作 mmap: XXX_mmap, 内存重映射操作 open: XXX_open, 打开设备操作 release: XXX_release 释放设备操作 /* ... */ }; blk_init_queue()队列初始化函数. request_irq()中断注册函数 相应的注消函数: devfs_unregister (devfs_handle_t de){}; free_irq()释放中断,I/O资源,释放缓冲区,释放设备,请求队列,VFS节点等. 模块方式驱动程序的加载和卸载. static int __init _init_module (void) { /* ... */ } static void __exit _cleanup_module (void) { } /* 加载驱动程序模块入口 */ module_init(_init_module); /* 卸载驱动程序模块入口 */ module_exit(_cleanup_module); _intrrupt() 设备发生中断时的处理程序. { 1.对共享中断的处理; 2.对spinlock以及其他的事务的处理; } C. 底层设备操作函数的编写 read().write(),open(),release(),check_media_change(),revalidate()等. open()和release() 打开设备是通过调用file_operations结构中的函数open( )来完成的,它是驱动程序用来为今后的操作完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中,open( )通常需要完成下列工作: 1. 检查设备相关错误,如设备尚未准备好等。 2. 如果是第一次打开,则初始化硬件设备。 3. 识别次设备号,如果有必要则更新读写操作的当前位置指针f_ops。 4. 分配和填写要放在file->private_data里的数据结构。 5. 使用计数增1。 释放设备是通过调用file_operations结构中的函数release( )来完成的,这个设备方法有时也被称为close( ),它的作用正好与open( )相反,通常要完成下列工作: 1. 使用计数减1。 2. 释放在file->private_data中分配的内存。 3. 如果使用计算为0,则关闭设备。 read()和 write() 字符设备的读写操作相对比较简单,直接使用函数read( )和write( )就可以了。但如果是块设备的话,则需要调用函数block_read( )和block_write( )来进行数据读写,这两个函数将向设备请求表中增加读写请求,以便Linux内核可以对请求顺序进行优化。由于是对内存缓冲区而不是直接对设备进行操作的,因此能很大程度上加快读写速度。如果内存缓冲区中没有所要读入的数据,或者需要执行写操作将数据写入设备,那么就要执行真正的数据传输,这是通过调用数据结构blk_dev_struct中的函数request_fn( )来完成的。 ioctl()--将cmd进行解释,并送到设备的控制寄存器.事实上,read()和write()也要通过ioctl()来完成操作的 . ioctl(){ CASE CMD{ SWITCH CASE1:{...}; SWITCH CASE2:{...}; SWITCH CASE N:{...}; . . DEFAULT : {...}; } END CASE 总结: 我们可以看出一个linux的驱动程序通常包含如下: 初始化设备模块、 {I/O port ,DMA.Irq,内存 buffer,初始化并且填写具体设备数据结构,注册 fops的具体函数等等 } 中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块 设备打开模块、数据读写和控制模块、 驱动装载模块、驱动释放模块. |
|