Linux是Unix操作系统的一种变种,在Linux下编写驱动程序的原理和思想完全类似于其他的Unix系统,但它dos或window环境下的驱动程序有很大的区别.

在linux中，驱动程序都是模块化的。

module 翻译成中文就是模块，它可以被动态载到 kernel 里成为 kernel的一部分。载到 kernel 里的 module 它具有跟 kernel 一样的权力。可以 access 任何 kernel 的 data structure）。

驱动程序Module加载到kernel由俩种方式，静态加载和动态加载，静态加载是指在kernel编译之前，把驱动module加载到kernel里，然后于kernel一起编译。比如文件系统是靠块设备驱动module来实现的，如果没有加载块设备驱动module，在内核启动时，我们不能实现文件系统，所以象这种跟kernel联系很紧密的module，我们一般把它静态加载到kernel上。如果要从kernel上删除此module，需要重新编译kernel。动态加载是指，kernel编译完成后，处于活动状态是，我们把module加载到kernel上，一般都不需要重启系统。删除也是动态的，不用重新编译kernel，动态加载也分俩种：一种是自动加载module，一种是手动加载Module。

在Linux环境下设计驱动程序,思想简洁,操作方便,功能也很强大,但是支持函数和变量少,只能依赖kernel中的函数和变量,有些常用的操作要自己来编写,而且调试也不方便。所以动程序模块中提供的函数和变量，要么是kernel提供的函数和变量（kernel提供的函数和变量，不用显式export，模块就可以使用），要么是自己编写的函数和变量，要么是其他驱动程序模块提供的函数和变量（若A模块使用B模块提供的函数或变量，首先在B模块中export A模块需要的函数和变量，其次B模块必须先于A模块加载到内核上，否则A模块加载不上）

这里，所谓由kernel提供的函数和变量并不是我们在用户状态下使用的函数和变量，而是内核状态下使用的函数和变量。你不能使用一般 libc 或 glibc所提供的函数。像 printf 之类的东西。

系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口,设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节,这样在应用程序看来,硬件设备只是一个设备文件, 应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。应用程序进程通过I/O系统调用（open,read,write等）访问设备文件（通常我们把设备文件建到/dev下），系统通过主设备号找到相应的设备驱动程序，即module，然后读取module中数据结构相应的函数指针,接着把控制权交给该函数（此函数是写在驱动程序里的函数，是在内核状态下实现的，可以看作是用户程序系统调用和硬件设备的接口，通常由我们自己编写，内部一般需要由kernel提供的函数，如put_user( ),get_user( )等）。是linux的设备驱动程序工作的基本原理。既然是这样，则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充file_operations的各个域.

这里系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序。因为当系统访问一个设备文件时，系统内核只使用主设备号来区别设备类型和决定使用何种内核模块。系统内核并不需要知道从设备号。内核模块驱动本身才关注从设备号，并用之来区别其操纵的不同设备。

设备驱动程序是内核的一部分,它完成以下的功能:

1.对设备初始化和释放.

2.把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据.

3.读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据.

4.检测和处理设备出现的错误.

在设备驱动程序中，结构体file_operations在头文件linux/fs.h中定义（是由kernel提供的），用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作的函数的指针。该结构体的每个域都对应着驱动内核模块用来处理某个被请求的事务的函数的地址。而此函数是我们自己设计的，当然其中包括kernel提供的函数和变量

举个例子，每个字符设备需要定义一个用来读取设备数据的函数。结构体file_operations中存储着内核模块中执行这项操作的函数的地址。以下是该结构体在内核2.4.2中看起来的样子：

struct file_operations
{
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, 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);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
};

驱动内核模块是不需要实现每个函数的。像视频卡的驱动就不需要从目录的结构中读取数据。那么，相对应的file_operations中的项就为NULL。

gcc还有一个方便使用这种结构体的扩展。你会在较现代的驱动内核模块中见到。新的使用这种结构体的方式如下：

struct file_operations fops =
{
read: device_read,
write: device_write,
open: device_open,
release: device_release
};

指向结构体file_operations的指针通常命名为fops。

具体实现框架

注册module

在初始化函数int init_module(void) 中加入注册module函数。

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);

其中 unsigned int major 是你申请的主设备号，const char *name 时将要在文件 /proc/devices 出现的设备的名字，struct file_operations *fops 是指向你的驱动模块的 file_operations 表的指针。

负的返回值意味着注册失败。注意注册并不需要提供从设备号。内核本身并不在意从设备号。

有俩种方法得到主设备号并注册：

最简单的方法是查看文件 Documentation/devices.txt 并从中挑选一个没有被使用的。这不是一劳永逸的方法因为你无法得知该主设备号在将来会被占用（卸载module以后，其他与之相同主设备号的设备注册）。

如果你向函数 register_chrdev 传递为0的主设备号，那么返回的就是动态分配的主设备号。动态分配一般都分配未被使用的主设备号最大的，如果主设备号0～255，动态分配回给你分配一个254。

创建设备文件

第一种方法：去建立一个新的名叫‘coffee’，主设备号为12和从设备号为2的字符设备文件，只要简单的只能执行命令

mknod /dev/coffee c 12 2

这里主设备号由驱动程序init_module函数中的prink打印到用户空间。（这里prink是kernel提供的函数）

第二种方法：当注册成功时，使用 mknod 系统调用建立设备文件并且在驱动模块调用函数 cleanup_module 前调用 rm 删除该设备文件。

应用程序和驱动程序的构造和运行

应用程序构造和运行在用户空间（用户态），程序入口是main( ),从头到尾执行单个任务。应用程序在退出时，可以不管资源的释放或其它的清除工作。

驱动程序构造和运行在内核空间（核心态），程序入口是init_module（），module首先“预先”在内核中注册自己，以便服务于将来的某个请求，然后它的初始化函数就结束。但模块的退出函数必须仔细撤销初始化函数所做的一切，否则，系统重新引

导之前，某些东西就会残留在系统中。

Int init_module(void){

…..

}//初始化模块

Void cleanup_module(void){

}//在模块被卸载之前调用的

注：用户空间(用户态)与内核空间(内核态)，两种模式都有自已的内存映射，都有自己

的地址空间。

由于module本身是kernel的一部分，因此只能调用由Kernel提供的函数:编译是必须加上函数的路径：比如

-I/usr/src/linux-xxx/include

Makefile里可以这样写：

Test.o : test.c
       gcc –c test.c –D_KERNEL_ -DMODULE -I /usr/src/linux-xxx/include
       insmod test.o
clean :
       rm –f *.o
       rmmod test
加载模块
insmod 模块名.o                     //生成一个文件－模块名
卸载模块
rmmod 模块名

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