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高手进阶：Linux系统下驱动程序框架概述

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;一、linux的设备驱动程序与外界的接口可以分为三个部分： 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，包括对内存（devfs_register_chrdev(MEM_MAJOR,"mem",&memory_fops)），终端（tty_init()），打印机（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()），光驱等块设备的初始化 。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open()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 。

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