一个简单的演示用的Linux字符设备驱动程序文.pdf

Linux字符设备驱动程序是操作系统与硬件之间的重要桥梁，它们允许应用程序通过系统调用来与特定的硬件设备进行交互。本文档以一个简单的8139网卡驱动为例，讲解了如何编写一个基本的Linux字符设备驱动程序，包括驱动程序的结构、系统调用的实现以及I/O端口和I/O内存的使用。 驱动程序的核心在于`char8139_init()`函数，它是驱动程序的入口点。在Linux中，当驱动模块被加载到内核时，`module_init()`宏定义的函数会被调用。在这个例子中，`char8139_init()`首先调用`register_chrdev()`注册字符设备。此函数分配一个主设备号（如果输入的主设备号为0，内核会自动分配），并设置file_operations结构体`char8139_fops`，该结构体定义了驱动程序如何处理读写等操作。 `char8139_fops`包含了驱动程序需要实现的系统调用，如`read`、`write`等。用户可以使用`cat`或自编的`readtest`命令来读取设备中的数据。`register_chrdev()`成功后，驱动程序会申请内核内存`buffer`，用于存储设备数据，并进行初始化。 在`char8139_init()`中，如果没有指定`MODULE_LICENSE("GPL")`，模块将无法正确加载，因为Linux内核遵循GPL许可，要求所有插入的模块也必须使用相同的许可。此外，`MODULE_AUTHOR()`和`MODULE_DESCRIPTION()`宏分别用于设置作者信息和模块描述。 在驱动程序注册失败的情况下，`init_fail`标签会跳转到`char8139_exit()`函数，释放已分配的资源，确保驱动卸载时的干净状态。`char8139_exit()`是一个反向操作，负责注销字符设备并释放分配的内存。 在实际开发中，选择主设备号需要谨慎，通常通过`/proc/devices`文件查看当前系统中已分配的设备号，避免冲突。动态分配主设备号的方法是将初始化值设为0，让内核自动分配，但这可能导致在不同系统上的兼容性问题。 8139网卡驱动还演示了I/O端口和I/O内存的使用，这对于网络接口控制器（NIC）尤其重要。通过I/O端口，驱动可以直接访问硬件寄存器进行配置和数据传输；而I/O内存则用于存储设备状态和接收/发送的数据包。 编写Linux字符设备驱动程序涉及的主要知识点包括：驱动程序结构、`register_chrdev()`注册设备、file_operations结构体定义系统调用、内核内存分配、主设备号的选择与管理、I/O端口和I/O内存的使用，以及驱动的加载和卸载机制。了解这些知识点，开发者就能构建基本的设备驱动程序，使应用程序能够有效地与硬件设备交互。