嵌入式Linux字符设备驱动的设计与应用
来源： 作者： 发布时间：2015-08-17 07:11:26 浏览量：
3.3 设备驱动接口的实现
在Linux内核中，字符设备使用 struct file_operations结构体来实现设备的各种操作接口，这些操作主要用来实现系统调用，命名为 open、read等等。file_operations结构是定义在 <linux/fs.h>工字电感;中的函数指针数组，每个设备文件都与它自己的操作函数相关联。编写字符设备驱动程序，主要是实现 struct file_operations结构中的各个函数。
本系统各设备驱动的设计主要实现 open、read、write和 release这四个方法接口。 file_operation结构成员如下： /* DEVICE驱动程序设备操作方法集 */ struct file_operations device_fops = {
open方法提供给驱动程序以初始化的能力，从而为以后的操作完成初始化做准备。本系统中存在多个设备共用一个驱动的情况，驱动中的 open方法程序框架如下：
int device_open(struct inode *inode, struct file *filp){ int minor = MINOR(kdev); //次设备号的读取 switch(minor) {
case first_device: device_first_vaddr = (unsigned long)ioremap (DEVICE_ FIRST _ADDR, 2);
……
case second_device:
……
default:
……
} MOD_INC_USE_COUNT; // 递增模块引用计数 , 防止模块在使用中被卸载 if (down_interruptible(&device_mutex)) { …… }； }
1）open方法调用 MINOR(kdev)宏实现次设备号的读取，使用 switch语句完成设备的匹配初始化。Linux系统为每一个设备分配了一个主设备号和次设备号。主设备号标识具体的设备驱动程序，次设备号标识具体设备。开发板电机设备有直流一体电感电机和步进电机，它们的主设备号都是 252，次设备号分别为 0和 1。数码管、串口、扁平型电感 mini键盘的驱动设计只针对单个设备，次设备号设计为 0。
2）ioremap函数在 open方法中实现对电机、数码管、串口、mini键盘寄存器的访问。 PXA255处理器有专门的存储器管理单元（MMU），在驱动中不能直接对设备 I/O内存的物理地址进行读写，需要调用ioremap 等内核函数将寄存器的实际物理地址映射到内核统一的地址空间中，从而实现了对物理地址的间接调用。例如寄存器 DEVICE_ FIRST _ADDR的读写操作，通过读写 device_first_va电感器线圈ddr变量实现。在 asm/arch/pxa-regs.h头文件中定义了各种寄存器的宏，文件中的宏变量都是经过地址映射的可以直接使用。
release方法的作用正好与 open相反，通过调用 iounmap函数撤销 device设备的虚拟地址映射，同时释放互斥锁，递减模块引用计数，当模块引用计数减到 0时，close函数才能真正的关闭设备。read和 write方法的任务是相似的，主要完成用户空间和内核空间之间的数据拷贝。
read方法程序框架如下：
ssize_t device_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *offp){
……
if (copy_to_user(buf, (u8 *)&BUF, count)) { ……} //写数据给用户空间
return count; // 返回成功读取的字节数 }
其中，copy_to_user函数实现内核空间到用户空间的数据拷贝。应用程序调用该方法接口实现串口数据的接收。
write方法的实现同read方法类似。通过调用 copy_from_user函数实现用户空间到内核空间的数据拷贝。该方法接口实现串口数据的发送、LED和MOTO控制寄存器的设置。
3.4 驱动的装载和卸载
Linux驱动程序的编译加载有两种方式。一种是编译成模块在运行时加载，不需要重新启动内核，它使用 insmod工具将驱动模块加载进内核，使用 rmmod从内核中卸载模块。该方法实现如下：1)编译驱动并下载驱动到开发板：$ arm功率电感-linux-gcc device_driver.c -I /home/eflag/kernel/include/ -c生成 device_driver.o文件，通过 tftp工具下载到开发板；2)驱动的加载：$ insmod device_driver.o。设备驱动的加载成功后,可以编写应用程序进行设备驱动的检测；3)驱动的卸载：$ rmmod device_driver。
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