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摘要：阐述了在嵌入式Linux系统环境下设备驱动程序的开发，详细探讨了基于linux下设备驱动程序具体开发过程，最后说明了如何使用设备驱动程序。
关键词：嵌入式系统；linux；驱动程序
引言
Linux是一个遵循POSIX标准的免费操作系统。具有BSD和SYSV的扩展特性。与其他操作系统相比，嵌入式Linux系统以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳定、源码开放、软件丰富、网络通信和文件管理机制完善等优良特性而正被作为研究热点，越来越多的研究人员采用Linux平台来开发自己的产品。Linux设备驱动程序在Linux内核源代码中占有很大比例，从2.0、2.2到2.4版本的内核，源代码的长度日益增加，其实主要是设备驱动程序在增加。
设备驱动程序的编写
设备驱动程序是linux内核的一部分，是操作系统内核和机器硬件之间的接口，它由一组函数和一些私有数据组成，是连接应用程序与具体硬件的桥梁。Linux的一个基本特点是它对硬件设备的管理抽象化，系统中的每一个设备都用一个特殊的文件来表示。所有的硬件设备都像普通的文件一样看待，使用与操作系统相同的标准系统来进行打开、读写和关闭。
在Linux操作系统下有3类主要的设备文件类型：块设备、字符设备、网络设备。字符设备是指存取时没有缓存的设备。可像文件一样访问字符设备，字符设备驱动程序负责实现这些行为。系统的控制台和并口就是字符设备的例子，它们可以很好地用“流”来描述。块设备是文件系统的宿主，如磁盘。Linux允许像字符设备那样读取块设备——允许一次传输任意数目的字节。结果是，字符设备和块设备读取数方式一致。而网络设备不同于字符设备和块设备，它面向的上一层不是文件系统而是网络协议层，是通过BSD套接口访问数据。与设备相对应的是三类设备驱动程序，字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序。
字符设备驱动程序、块设备驱动程序与网络设备驱动程序的结构体是不同的。
在linux源代码linux／include／linux／fs.h中定义了字符设备和块设备驱动程序中必须使用的file_operations结构，每个设备驱动都实现这个接口所定义的部分或全部函数。随着内核的不断升级，file_operations结构也越来越大，不同的版本的内核会稍有不同。
应用程序只有通过对设备文件的open、release、read、write、ioctl等才能访问字符设备和块设备。用户自己定义好file_operations结构后，编写出设备实际所需要的各操作函数，对于不需要的操作函数用NULL初始化，这些操作函数将被注册到内核，当应用程序对设备相应的设备文件进行文件操作时，内核会找到相应的操作函数，并进行调用。如果操作函数使用NULL，操作函数就进行默认处理。
对于字符设备而言，llseek()，read()，write()，ioctl()，open()，release()这些函数是不可缺的；对十块设备，open()，release()，ioctl()，check_media_change()，revalidate()是不可缺少的。
网络设备结构体net_device定义在include＼linuxhletdevice.h里，如下所示：
定义好net_device结构体后，根据实际情况编写操作函数，其中hard_start_xmit()函数是用来发送数据的，set mac address()是进行网络参数设置的。
当linux初始化时将调用初始化函数intdevice_init()，该函数包括以下内容：
注册所用设备。linux用设备号来标识字符设备和块设备。设备号分为主设备号和从设备号，最终形成设备接点。设备节点在访问字符设备和块设备的设备驱动程序时将使用。通常主设备号标识设备对应的驱动程序，大多数设备是“一个主设备号对应一个驱动程序”，如：虚拟控制台和串口终端由驱动程序4管理。次设备号由内核使用，用于确定设备文件所指的设备。字符设备和块设备注册时必须先定义好设备号。
字符设备注册函数如下：
int register_chrdev(unsigned int major，constchar*name，struct file_oprations*fops)；其中major是主设备号。
由于对网络设备驱动程序的访问不需要设备节点，它的注册函数如下：
int register_netdev(struct net_device*dev)
注册设备所用的中断。中断在现代计算机结构中有重要的地位，操作系统必须提供程序响应中断的能力。一般是把一个中断处理程序注册到系统中去。操作系统在硬件中断发生后调用驱动程序的处理程序。
注册中断所用的函数如下：其中，irq是中断向量；handler是中断处理函数；flags是中断处理中的掩码；devices是设备名；dev_id是在中断共享使用的id。
当linux不使用该设备时，就要调用清除函
编写服务子程序
服务于I／O请求的子程序，又称为驱动程序的上半部分。调用这部分是由于系统调用的结果。这部分程序在执行的时候，系统仍认为是和进行调用的进程属于同一个进程，只是用户态变成了核心态，具有进行此系统调用的用户程序的运行环境，因此可以在其中调用sleep等与进程运行环境有关的函数。
中断服务子程序，又称为驱动程序的下半部分。在Linux系统中，并不是直接从中断向量表中调用设备驱动程序的中断服务子程序，而是由Linux系统来接收硬件中断，再由系统调用中断服务子程序。中断可以产生在任何一个进程运行的时候，因此在中断服务程序被调用的时候，不能依赖于任何进程的状态，也就不能调用任何与进程运行环境相关的函数。因为设备驱动程序一般支持同一类型的若干设备，所以一般在系统调用中断服务程序的时候，都带有一个或多个参数，以唯一标识请求服务的设备。
设备驱动程序的使用
直接将驱动程序编译进linux内核
将设备驱动程序复制到linux／drivers相关的子目录下，比如字符设备驱动程序就放在linux／drivers／char下。
修改linux／drivers相关的子目录的Makefile，
如obj-$(config_dev_driver)+=dev_driver.o，这样在编译内核时将会编译dev_driver.c，生成dev_driver.o.
对内核进行重新编译时，进行相关的配置，比如要使用AT91RM9200的UART，就要如下配置：
Character devices->Serial drivers.>AT91RM9200 serial port suppot
将驱动程序编译成驱动模块
在设备驱动程序中要有两个重要函数：
module_init(dev-init)，module_exit(dev_exit)
利用相应的交叉编译器以及编译命令将驱动程序dev_driver.c编译成dev_driver.o这样的动态驱动模块。利用insmod命令给系统安装驱动模块，如果在／dev目录下没有相应的设备文件，就可以使用mknod创建一个设备文件。利用rmmod命令卸载驱动模块，设备文件的删除可以用rm命令。
结语
设备驱动程序的开发是在Linux环境中最复杂的编程任务之一。它需要和硬件打交道，容易引起系统崩溃，而且很难调试。掌握设备驱动程序的开发技术，将使得开发嵌入式Linux的系统更为迅速和有效。
关键词：嵌入式系统；linux；驱动程序
引言
Linux是一个遵循POSIX标准的免费操作系统。具有BSD和SYSV的扩展特性。与其他操作系统相比，嵌入式Linux系统以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳定、源码开放、软件丰富、网络通信和文件管理机制完善等优良特性而正被作为研究热点，越来越多的研究人员采用Linux平台来开发自己的产品。Linux设备驱动程序在Linux内核源代码中占有很大比例，从2.0、2.2到2.4版本的内核，源代码的长度日益增加，其实主要是设备驱动程序在增加。
设备驱动程序的编写
设备驱动程序是linux内核的一部分，是操作系统内核和机器硬件之间的接口，它由一组函数和一些私有数据组成，是连接应用程序与具体硬件的桥梁。Linux的一个基本特点是它对硬件设备的管理抽象化，系统中的每一个设备都用一个特殊的文件来表示。所有的硬件设备都像普通的文件一样看待，使用与操作系统相同的标准系统来进行打开、读写和关闭。
在Linux操作系统下有3类主要的设备文件类型：块设备、字符设备、网络设备。字符设备是指存取时没有缓存的设备。可像文件一样访问字符设备，字符设备驱动程序负责实现这些行为。系统的控制台和并口就是字符设备的例子，它们可以很好地用“流”来描述。块设备是文件系统的宿主，如磁盘。Linux允许像字符设备那样读取块设备——允许一次传输任意数目的字节。结果是，字符设备和块设备读取数方式一致。而网络设备不同于字符设备和块设备，它面向的上一层不是文件系统而是网络协议层，是通过BSD套接口访问数据。与设备相对应的是三类设备驱动程序，字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序。
字符设备驱动程序、块设备驱动程序与网络设备驱动程序的结构体是不同的。
在linux源代码linux／include／linux／fs.h中定义了字符设备和块设备驱动程序中必须使用的file_operations结构，每个设备驱动都实现这个接口所定义的部分或全部函数。随着内核的不断升级，file_operations结构也越来越大，不同的版本的内核会稍有不同。
应用程序只有通过对设备文件的open、release、read、write、ioctl等才能访问字符设备和块设备。用户自己定义好file_operations结构后，编写出设备实际所需要的各操作函数，对于不需要的操作函数用NULL初始化，这些操作函数将被注册到内核，当应用程序对设备相应的设备文件进行文件操作时，内核会找到相应的操作函数，并进行调用。如果操作函数使用NULL，操作函数就进行默认处理。
对于字符设备而言，llseek()，read()，write()，ioctl()，open()，release()这些函数是不可缺的；对十块设备，open()，release()，ioctl()，check_media_change()，revalidate()是不可缺少的。
网络设备结构体net_device定义在include＼linuxhletdevice.h里，如下所示：
定义好net_device结构体后，根据实际情况编写操作函数，其中hard_start_xmit()函数是用来发送数据的，set mac address()是进行网络参数设置的。
当linux初始化时将调用初始化函数intdevice_init()，该函数包括以下内容：
注册所用设备。linux用设备号来标识字符设备和块设备。设备号分为主设备号和从设备号，最终形成设备接点。设备节点在访问字符设备和块设备的设备驱动程序时将使用。通常主设备号标识设备对应的驱动程序，大多数设备是“一个主设备号对应一个驱动程序”，如：虚拟控制台和串口终端由驱动程序4管理。次设备号由内核使用，用于确定设备文件所指的设备。字符设备和块设备注册时必须先定义好设备号。
字符设备注册函数如下：
int register_chrdev(unsigned int major，constchar*name，struct file_oprations*fops)；其中major是主设备号。
由于对网络设备驱动程序的访问不需要设备节点，它的注册函数如下：
int register_netdev(struct net_device*dev)
注册设备所用的中断。中断在现代计算机结构中有重要的地位，操作系统必须提供程序响应中断的能力。一般是把一个中断处理程序注册到系统中去。操作系统在硬件中断发生后调用驱动程序的处理程序。
注册中断所用的函数如下：其中，irq是中断向量；handler是中断处理函数；flags是中断处理中的掩码；devices是设备名；dev_id是在中断共享使用的id。
当linux不使用该设备时，就要调用清除函
编写服务子程序
服务于I／O请求的子程序，又称为驱动程序的上半部分。调用这部分是由于系统调用的结果。这部分程序在执行的时候，系统仍认为是和进行调用的进程属于同一个进程，只是用户态变成了核心态，具有进行此系统调用的用户程序的运行环境，因此可以在其中调用sleep等与进程运行环境有关的函数。
中断服务子程序，又称为驱动程序的下半部分。在Linux系统中，并不是直接从中断向量表中调用设备驱动程序的中断服务子程序，而是由Linux系统来接收硬件中断，再由系统调用中断服务子程序。中断可以产生在任何一个进程运行的时候，因此在中断服务程序被调用的时候，不能依赖于任何进程的状态，也就不能调用任何与进程运行环境相关的函数。因为设备驱动程序一般支持同一类型的若干设备，所以一般在系统调用中断服务程序的时候，都带有一个或多个参数，以唯一标识请求服务的设备。
设备驱动程序的使用
直接将驱动程序编译进linux内核
将设备驱动程序复制到linux／drivers相关的子目录下，比如字符设备驱动程序就放在linux／drivers／char下。
修改linux／drivers相关的子目录的Makefile，
如obj-$(config_dev_driver)+=dev_driver.o，这样在编译内核时将会编译dev_driver.c，生成dev_driver.o.
对内核进行重新编译时，进行相关的配置，比如要使用AT91RM9200的UART，就要如下配置：
Character devices->Serial drivers.>AT91RM9200 serial port suppot
将驱动程序编译成驱动模块
在设备驱动程序中要有两个重要函数：
module_init(dev-init)，module_exit(dev_exit)
利用相应的交叉编译器以及编译命令将驱动程序dev_driver.c编译成dev_driver.o这样的动态驱动模块。利用insmod命令给系统安装驱动模块，如果在／dev目录下没有相应的设备文件，就可以使用mknod创建一个设备文件。利用rmmod命令卸载驱动模块，设备文件的删除可以用rm命令。
结语
设备驱动程序的开发是在Linux环境中最复杂的编程任务之一。它需要和硬件打交道，容易引起系统崩溃，而且很难调试。掌握设备驱动程序的开发技术，将使得开发嵌入式Linux的系统更为迅速和有效。