【Linux 驱动】设备驱动程序再理解

浏览数：20 / 时间：2015年06月20日

学习设备驱动编程也有一段时间了，也写过了几个驱动程序，因此有对设备驱动程序有了一些新的理解和认识，总结一下。学习设备驱动编程也有一段时间了，也写过了几个驱动程序，因此有对设备驱动程序有了一些新的理解和认识，总结一下。

★什么是驱动程序

刚开始学习设备驱动程序的时候，产生了许多的问题。什么是驱动程序？驱动程序是干嘛的？它是如何工作的？它又是如何跟操作系统联系起来的？一系列的问题，现在有些地方还是不一定清楚，但是相比起刚开始的那个阶段，感觉自己还是清楚了很多。

设备驱动程序说白了（实质)就是为应用程序提供一组操作硬件设备的接口。驱动程序是可以直接操作硬件上的资源，例如GPIO的各个寄存器，从而控制GPIO的方向（输出或是输入）、引脚的电平高低、中断等等。驱动程序所做的事情大部分与直接在51单片机或是AVR单片机写的程序的功能相似，与它们不同的是驱动程序向上是为操作系统提供统一的接口的。

★file_operations结构体

驱动设备有很多种，那么驱动它们的程序也会各有不同，那么驱动程序怎样向上提供统一的接口呢？最关键的就是这个结构体，它定义在include/linux/fs.h文件中

struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
	ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, 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);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
	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);
	int (*check_flags)(int);
	int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
	int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
	ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
};

通过这个结构体将驱动程序中操作硬件资源的函数链接起来。那么当操作系统知道了这个结构体之后，也就是知道了这个驱动程序。那么操作系统如何知道这个结构体呢？

其实，Linux下设备大概可以分为两种：字符设备、块设备。内核中用2个全局变量存放这两类驱动程序：

字符设备重要的结构体：

static struct char_device_struct {
	struct char_device_struct *next;
	unsigned int major;
	unsigned int baseminor;
	int minorct;
	char name[64];
	struct file_operations *fops;
	struct cdev *cdev;		/* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

当驱动程序调用register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)注册函数就是将file_operations结构体存放到数组chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]数组中，数组下标就是驱动主设备号，这样驱动程序就能和内核有了关联。