Linux驱动概述

设备驱动分类：字符设备，块设备，网络设备
在/dev目录下使用ls –l 命令可以查看各个设备的类型，主从设备号
cat /proc/devices可以查看系统中所有设备对应的主设备号

设备文件：
设备类型、主从设备号是内核与设备驱动程序通信时使用的
应用程序使用设备文件节点访问对应设备
Linux 2.4引入了设备文件系统（devfs）所有的设备文件作为一个可以挂载的文件系统
每个主从设备号确定的设备都对应一个文件节点
每个设备文件都有其文件属性（c或者b）
每个设备文件都有2个设备号：
主设备号：用于标识驱动程序
从设备号：用于标识同一驱动程序的不同硬件
设备文件的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号一致
系统调用是内核与应用程序之间的接口
设备驱动程序是内核与硬件之间的接口

驱动程序没有main函数，它以一个模块初始化函数作为入口。
驱动程序完成初始化之后不再运行，等待系统调用
驱动程序不能使用标准C库
驱动程序是内核的一部分，工作在内核态
无法通过指针直接将驱动程序和应用程序的数据地址进行传递
系统提供一系列函数帮助完成数据空间转换
get_user
put_user
copy_from_user
copy_to_user

Linux驱动程序功能：
对设备初始化和释放
把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据
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
检测和处理设备出现的错误

字符设备驱动框架：
定义file_operations结构体，规定了驱动程序向应用程序提供的操作接口
  该结构体的成员是文件指针，把驱动函数赋给相应的文件指针，当应用程序使用系统调用（如read, wrtie）时，就能对应到这个驱动函数
static struct file_operations demo_fops = {
    owner: THIS_MODULE,
    write: demo_write,
    read: demo_read,
    ioctl: demo_ioctl,
    open: demo_open,
    release: demo_release,
};
demo_fops就是file_operations类型的结构体变量，在中括号中为成员赋值

open的操作
当应用程序打开设备时对设备进行初始化
  static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
  {
        MOD_INC_USE_COUNT;
}
使用MOD_INC_USE_COUNT增加驱动程序的使用次数
release操作
当应用程序关闭设备时处理设备的关闭操作
  static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
  {
        MOD_DEC_USE_COUNT;
}
使用MOD_DEC_USE_COUNT减少驱动程序的使用次数

write的操作
static ssize_t demo_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count)
{
    char drv_buf[];
    copy_from_user(drv_buf, buf, count);
    ……
}
u_long copy_from_user(void *to, const void *from, u_long len);
把buf的内容写入到drv_buf, 从应用程序接收数据到硬件

read的操作
static ssize_t demo_read(struct file *filp, const char *buf, size_t count)
{
    char drv_buf[];
    copy_to_user(buf, drv_buf, count);
    ……
}
u_long copy_to_user(void * to, const void *from, u_long len);
把drv_buf的内容写入到buf, 从硬件读取数据交给应用程序

ioctl的操作
static int eint_key_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch(cmd)
    {
        case A命令：处理A命令；break;
        case B命令：处理B命令；break;
}
}

驱动程序初始化函数
Linux在加载内核模块时会调用初始化函数：
初始化驱动程序本身
使用register_chrdev向内核注册驱动程序
  static int __init demo_int(void)
  {
        register_chrdev(MAJOR_NR, DEVICE_NAME, &test_fops);
}
  第一个参数代表要注册的主设备号，写“0”表示系统自动分配
  第二个参数代表设备的名称，可以用一个宏定义
第三个参数指向包含有驱动程序接口函数信息的file_operations结构体

驱动程序退出函数
Linux在卸载内核模块时会调用退出函数
释放驱动程序使用的资源
使用unregister_chrdev从内核中卸载驱动程序
  static void __exit demo_exit(void)
{
        unregister_chrdev(MAJOR_NR, DEVICE_NAME);
}

将驱动程序模块注册到内核
内核需要知道模块的初始化函数和退出函数，才能将模块放入自己的管理队列中
向内核声明当前模块的初始化函数module_init()
向内核声明当前模块的退出函数module_exit()
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);

加载驱动程序：
  insmod 内核模块文件名  如：insmod gpio.o
  执行这个命令后，就调用module_init，完成对设备的初始化
卸载驱动程序：
  rmmod 内核模块文件名（不带.o）如：rmmod gpio
  执行这个命令后，就调用modult_exit，对设备释放
查看系统已安装的驱动：
  lsmod
建立设备文件：
  mknod 文件路径 c 主设备号 从设备号
  文件名随便起，c代表是字符设备，主设备号是设备注册时的主设备号，一定要对应，从设备号随便写。用cat /proc/devices 查看主设备号

以上完成了设备驱动的加载，应用程序可以使用标准C文件函数对设备操作