深入浅出Ｌiｎｕx设备驱动编程
一．引言........................................................................................................... 错误!未定义书签。二．Linuｘ内核模块ﻩ错误!未定义书签。
三.字符设备驱动程序...................................................................................... 错误!未定义书签。
四.设备驱动中的并发控制.............................................................................. 错误!未定义书签。五．设备的阻塞与非阻塞操作....................................................................... 错误!未定义书签。
六.设备驱动中的异步通知.............................................................................. 错误!未定义书签。七．设备驱动中的中断处理ﻩ错误!未定义书签。
八.定时器ﻩ错误!未定义书签。
九.内存与I/O操作ﻩ错误!未定义书签。
十．结构化设备驱动程序ﻩ错误!未定义书签。
十一.复杂设备驱动.......................................................................................... 错误!未定义书签。
一．引言
目前,Linux软件工程师大致可分为两个层次:
（1）Ｌiｎux应用软件工程师(ＡpplicationＳoftware Enｇinｅer)：主要利用C库函数和Ｌinｕx AＰI进行应用软件的编写；ﻫﻫ(2）Ｌiｎux固件工程师（FｉｒmｗarｅEngine ｅr)：主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计。ﻫﻫ一般而言，固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次，而其中的Linux设备驱动编程又是Linuｘ程序设计中比较复杂的部分，究其原因，主要包括如下几个方面：ﻫﻫ（1）设备驱动属于Ｌinux 内核的部分，编写Ｌiｎux设备驱动需要有一定的Ｌｉｎｕｘ操作系统内核基础;
（2）编写Linｕx设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解，大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的;
（3)Lｉnux设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制，容易出现bug；ﻫﻫ（4)由于属于内核的一部分,Lｉnuｘ设备驱动的调试也相当复杂。
目前，市面上的Ｌｉnux设备驱动程序参考书籍非常稀缺，少有的经典是由Lｉnux社区的三位领导者Jonａthan Ｃｏrbet、Ａlessaｎdro Rubinｉ、Grｅg Kroａh-Hａrtmaｎ编写的《Ｌinｕx Device Drｉvers》
(目前该书已经出版到第３版，中文译本由中国电力出版社出版）。该书将Linux设备驱动编写技术进行了较系统的展现，但是该书所列举实例的背景过于复杂，使得读者需要将过多的精力投放于对例子背景的理解上，很难完全集中精力于Ｌinux 驱动程序本身。往往需要将此书翻来覆去地研读许多遍，才能有较深的体会。
ﻫ(《Lｉｎｕx Dｅvice Drivers》中英文版封面）
本文将仍然秉承《Lｉnux Deｖice Drｉｖｅｒｓ》一书以实例为主的风格，但是实例的背景将非常简单，以求使读者能将集中精力于Ｌinux设备驱动本身，理解Linｕx内核模块、Linｕx设备驱动的结构、Linux设备驱动中的并发控制等内容。另外，与《Linux Devｉｃe Ｄriｖers》所不同的是，针对设备驱动的实例，本文还给出了用户态的程序来访问该设备，展现设备驱动的运行情况及用户态和内核态的交互。相信阅读完本文将为您领悟《Lｉｎux Dev ｉce Drivers》一书中的内容打下很好的基础。
ﻫ本文中的例程除引用的以外皆由笔者亲自调试通过，主要基于的内核版本为Ｌiｎuｘ2．4，例子要在其他内核上运行只需要做少量的修改。ﻫ构建本文例程运行平台的一个较好方法是：在Windｏｗs平台上安装VＭWare虚拟机，并在VMWaｒe虚拟机上安装ＲeｄHａｔ。注意安装的过程中应该选中＂开发工具"和"内核开发"二项（如果本文的例程要在特定的嵌入式系统中运行，还应安装相应的交叉编译器，并包含相应的Linux源代码)，如下图：linux内核视频教程全套
二．Linux内核模块
Linｕｘ设备驱动属于内核的一部分，Lｉnux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载:ﻫ
（1）直接编译进Ｌinux内核，随同Linux启动时加载；ﻫﻫ（2）编译成一个可加载和删除的模块，使用insｍoｄ加载(modproｂe和iｎｓmod命令类似，但依赖于相关的配置文件),rmmｏd删除。这种方式控制了内核的大小，而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样。ﻫﻫ下面我们给出一个内核模块的例子：
ﻫ
insmｏd的时候运行，后者在rmmod的时候运行。初始化与卸载函数必须在宏mｏdule_ｉｎit和ｍｏduｌe_eｘit使用前定义，否则会出现编译错误。
程序中的MODULE_LIＣENSE("ＧPL")用于声明模块的许可证。
如果要把上述程序编译为一个运行时加载和删除的模块，则编译命令为：
ﻫＥ-DLINUX参数。-I选项跟着Lｉnux内核源代码中Iｎcluｄｅ目录的路径。ﻫ下列命令将可加载hｅllｏ模块:
如果要将其直接编译入Linux内核，则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里，并修改Ｍakｅfｉｌe。ﻫ我们有必要补充一下Linuｘ内核编程的一些基本知识：ﻫﻫ内存ﻫﻫ在Linux内核模式下，我们不能使用用户态的ｍaｌｌｏc()和frｅe()函数申请和释放内存。进行内核编程时，最常用的内存申请
和释放函数为在inclｕde/linｕx/keｒｎel.件中声明的kmalloc()和kｆreｅ()，其原型为：
kｍalloｃ的prioritｙ参数通常设置为GFP＿ＫEＲNＥＬ，如果在中断服务程序里申请内存则要用GFP_ATOMIC参数，因为使用GFP_KＥRNEL参数可能会引起睡眠，不能用于非进程上下文中(在中断中是不允许睡眠的)。
由于内核态和用户态使用不同的内存定义，所以二者之间不能直接访问对方的内存。而应该使用Linux中的用户和内核态内存交互函数(这些函数在inｃlude/asm/uacｃess.ｈ中被声明）:
ｃopy_ｆｒom＿uｓer、cｏｐｙ_to_ｕser函数返回不能被复制的字节数，因此，如果完全复制成功，返回值为0。
ﻫincluｄe／ａｓm/ｕacｃｅss．h中定义的ｐut_usｅｒ和gｅt_user用于内核空间和用户空间的单值交互(如cｈaｒ、ｉnt、long)。ﻫ
这里给出的仅仅是关于内核中内存管理的皮毛，关于Liｎux内存管理的更多细节知识，我们会在本文第9节《内存与Ｉ／O操作》进行更加深入地介绍。
输出
在内核编程中，我们不能使用用户态C库函数中的ｐrｉnｔf()函数输出信息，而只能使用prinｔｋ()。但是，内核中pｒiｎｔk()函数的设计目的并不是为了和用户交流，它实际上是内核的一种日志机制，用来记录下日志信息或者给出警告提示。
ﻫ每个prinｔｋ都会有个优先级，内核一共有8个优先级，它们都有对应的宏定义。如果未指定优先级，内核会选择默认的优先级ＤEFAULT_MESSAGＥ_LOGLEVＥL。如果优先级数字比int consｏｌｅ＿ｌｏglevｅl变量小的话，消息就会打印到控制台上。如果sｙslogd 和ｋｌogd守护进程在运行的话，则不管是否向控制台输出，消息都会被追加进/ｖar／log／meｓsageｓ文件。klogd 只处理内核消息，syｓloｇd 处理其他系统消息，比如应用程序。ﻫ模块参数ﻫ
２．4内核下，ｉncｌudｅ／linuｘ/moｄule．h中定义的宏MODULE_PAＲM(var，tyｐe）用于向模块
传递命令行参数。ｖaｒ为接受参数值的变量名,ｔype为采取如下格式的字符串［min[－maｘ]]｛b,ｈ，i,l,s}。ｍｉｎ及ｍax用于表示当参数为数组类型时，允许输入的数组元素的个数范围；b:ｂｙtｅ；h：shorｔ；i:int；ｌ：lｏｎg；s:ｓtring。
ﻫ在装载内核模块时，用户可以向模块传递一些参数：
ｉｎｓmod ｍｏdname var=valuｅ
ﻫ如果用户未指定参数，vaｒ将使用模块内定义的缺省值。