Linux 字符设备驱动(一).pdf

Linux字符设备驱动是Linux内核中用于管理各种字符型输入输出设备的软件组件，其主要负责数据传输操作。字符设备驱动在操作系统与硬件设备之间起到了桥梁的作用，它能够将复杂的硬件操作抽象成一系列统一的接口，供上层的应用程序调用。 Linux系统中的设备根据其访问方式进行分类，主要分为字符设备、块设备和网络设备三大类。字符设备以字节为单位顺序访问，块设备则以块为单位进行读写，而网络设备用于网络通信。它们的特点和应用场景各有不同，因此，Linux系统为不同类型设备提供了不同驱动模型。 用户与设备的交互方式主要有两种。一种是用户直接通过驱动程序进行访问，这类似于裸板访问，具有设计简单直接、效率高的优点，但对用户不够友好。另一种是基于嵌入式操作系统进行访问，这种方式有友好的图形化界面，用户操作更加方便，但是程序设计会更复杂。 Linux应用层访问驱动的主要方式是通过系统调用。系统调用是应用程序与Linux内核的交互接口，通过系统调用可以实现对设备的直接访问。系统调用是一种有限的资源，每一种功能的设备访问需要不同的系统调用。为了提高通用性和频率，文件操作相关的接口被作为统一的系统调用接口来访问不同的设备，然而这会导致无法区分需要访问的具体设备。 Linux系统引入了设备文件的概念，使得设备的访问方式变得更加简单。设备文件在Linux中具有普通文件的属性，但它们可以关联到具体的设备信息。设备文件使用主设备号和次设备号来区分不同的设备。其中主设备号用于识别设备类型，次设备号用于识别具体的设备实例。设备文件的创建可以通过mknod命令来完成。 Linux内核文件管理方式涉及到三个主要部分：inode结构、file结构和file_operations结构。inode结构在内核中用于描述硬盘上存在的所有文件，而file结构则描述了进程打开的文件。file_operations结构包含了指向各种文件操作函数的指针，这些函数实现了对文件的读、写、打开、关闭等操作。 字符设备驱动中包含了多个关键的数据结构和函数，这些结构和函数是字符设备驱动的基础。例如，字符设备结构定义了字符设备的属性；字符设备初始化函数负责设置字符设备的基本参数；字符设备设备号注册函数用于向系统注册字符设备的主设备号；字符设备的创建函数用于创建字符设备；字符设备的删除函数负责删除字符设备；字符设备号的释放函数则用于释放字符设备号。 在字符设备驱动的实现过程中，首先需要完成字符设备的初始化工作，然后向系统注册相应的设备号，接着创建字符设备，最后实现各种操作函数，以便响应来自应用层的请求。在驱动程序中，需要实现file_operations结构体中定义的各种操作函数，包括但不限于：open、release、read、write等，以便支持文件操作接口。当应用程序操作字符设备时，实际上是在调用驱动程序中实现的file_operations结构体中定义的相应操作函数。 Linux字符设备驱动的开发和理解需要对Linux内核的文件系统架构、设备分类、系统调用机制以及字符设备相关数据结构与函数有深入的认识。通过学习字符设备驱动的开发，可以更好地理解Linux操作系统的工作原理以及设备驱动程序的设计和实现。