第三章-Linux文件系统与设备文件系统-新-Linux设备驱动程序-教学课件.ppt

1、设备驱动程序第三章 Linux文件系统与设备文件系统 目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 文件操作的相关系统调用l创建l参数mode指定新建文件的存取权限，它同umask一起决定文件的最终权限l打开lOpen（）函数有两个形式，其中pathname是我们要打开的文件名，flags可以是下表的一个值或者是几个值的组合l如果文件打开成功，open函数会返回一个文件描述符，以后对该文件的所有操作就可以通过对这个文件描述符进行操作来实现文件操作

2、的相关系统调用lO_RDONL、YO_WRONY、O_RDWR这三个标志只能使用任意的一个l如果使用了O_CREATE标志，则使用的函数是后者。这个时候我们还要指定mode标志，用来表示文件的访问权限。Mode可以是下表的值的组合文件操作的相关系统调用l除了可以通过上述宏进行或逻辑产生标志以外，我们也可以自己用数字来表示，Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限：第一位表示设置用户ID，第二位表示设置组ID，第三位表示用户自己的权限位，第四位表示组的权限，第五位表示其他人的权限。每个数字可以取1（执行权限）、2（写权限）、4（读权限）、0（无）或者是这些值的和。文件操作的相关系统调用l读写

3、l函数Write（）实现将把length个字节从buf指向的缓冲区写文件描述符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。l函数read（）实现从文件描述符fd所指定的文件中读取length个字节到buf指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。l以O_CREAT为标志的open函数实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同creat（）函数。文件操作的相关系统调用l定位l该函数将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。l关闭lFd是要关闭的文件描述符C库函数的文件操作lC库函数的文件操作是独立于具体的操作系统平台的，不管是在DO

4、S、Windows、Linux还是在VxWorks中都是这些函数。l创建和打开l读写l关闭目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 Linux文件系统目录结构目录目录内容内容/顶层根目录。其它目录都在这个根目录下顶层根目录。其它目录都在这个根目录下 /bin基本命令可执行文件的存放位置基本命令可执行文件的存放位置 /sbin系统管理类命令可系统管理类命令可执行文件的存放位置执行文件的存放位置 /devdev 是设备是设备(device)的英文缩写。这是个十分重要的目录。它包含了的英文缩写。这是个十分重要的目录。它包含了所有所有Linux系

5、统中使用的外部设备文件。要注意的是这里的设备系统中使用的外部设备文件。要注意的是这里的设备文件不是指设备的驱动程序，而是指访问外部设备的接口文件。文件不是指设备的驱动程序，而是指访问外部设备的接口文件。/usr用户应用程序和文档目录用户应用程序和文档目录 /etc这个目录下存放系统的配置文件。这个目录下存放系统的配置文件。/liblib是库（是库（library）英文缩写。这个目录用于存放系统动态链接库。）英文缩写。这个目录用于存放系统动态链接库。所有动态链接程序都要用到这个目录下的库文件。所有动态链接程序都要用到这个目录下的库文件。/proc这是这是Linux的一个特殊文件系统，主要用于存放

6、内核及进程信息的一个特殊文件系统，主要用于存放内核及进程信息 /tmp临时文件目录，许多程序都需要用到此目录进行读写操作临时文件目录，许多程序都需要用到此目录进行读写操作 /var系统日志和一些服务程序临时文件的存放目录系统日志和一些服务程序临时文件的存放目录Linux文件系统与设备驱动 Linux文件系统与设备驱动l应用程序和VFS之间的接口是系统调用，而VFS与磁盘文件系统以及普通设备之间的接口是file_operations结构体成员函数。l由于字符设备的上层没有磁盘文件系统，所以字符设备的file_operations成员函数就直接由设备驱动提供了，file_operations正是字

7、符设备驱动的核心。Linux文件系统与设备驱动lFile结构体l文件结构代表一个打开的文件，系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。l它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。lInode结构体lVFS inode包含文件访问权限、属主、组、大小、生成时间、访问时间、最后修改时间等信息。l从一个inode中获得主设备号和次设备号：Linux文件系统与设备驱动l同一类设备使用相同的主设备号,使用的驱动相同。次设备号用于区分具体的设备。l查看/dev目录可以获知系统中包含的设备文件。mknod/dev/

8、global_chardev c 254 0 l查看/proc/devices可以获知系统中注册的设备，第1列为主设备号，第2列为设备名。目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 传统方式lint register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops);lmajor是为设备驱动程序向系统申请的主设备号。某些主设备号已经静态地指派给了大部分常见设备。在内核源代码树的Documentation/device.txt文件中可以找到这些设备的列

9、表。由于许多编号已经分配了，为新设备选择一个唯一的编号是很困难的，如果为0则系统为此设备动态地分配一个主设备号。lname是设备名(将出现在/proc/devices)，和/dev/下的设备名要一致。l返回值：此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。如果是动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。传统方式l如果 register_chrdev操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。在成功地向系统注册了设备驱动程序后(调用regist

10、er_chrdev()成功后)，就可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件，其它程序使用这个设备的时候，只要对此特别文件进行操作就行了。l动态分配的缺点是：由于分配给你的主设备号不能保证总是一样的，因而你无法用mknod命令事先创建设备节点（即设备文件），如何解决？lunregister_chrdev(unsigned int major,const char*name);传统方式l如果开发人员不打算将设备驱动程序与外界共享，那么什么号码都可以，只要它与当前内核使用的其它主设备号都不冲突即可。然而，这样的解决方案通常只是在驱动程序不会被其它人使用的情况下可行。l如果开发人员想让驱动程序与

11、外界共享（大多数 Linux 开发人员常常采用这一方法），那么仅仅从“真空”中抽一个主设备号或者使用动态的主设备号分配就不行了。相反，开发人员必须联系 Linux 内核开发人员，这样这个设备才能分配一个“正式”主设备号。传统方式l不幸的是，这种方法有很多可伸缩性问题。不仅设备驱动程序开发人员联系内核开发人员来获取正式主设备号是一件讨厌的事，内核开发人员弄清他们怎样分配所有这些主设备号甚至更加恼人。这种任务在很多方面很象系统管理员跟踪公司局域网静态 IP 地址分配的工作 这并不十分有趣。正如系统管理员可以利用 DHCP 来缓解这种管理负担，如果设备注册有某种类似的方法就好了。l另一方面，典型的

12、Linux 系统以一种不太理想而且麻烦的方式管理这些特殊的设备文件。如今，Linux 支持很多不同种类的硬件。这意味着严格意义上我们中绝大多数在/dev 中都有数百个特殊文件来表示所有这些设备。还不止这样，这些特殊文件中大多数甚至不会映射到系统中存在的设备上（但需要它们存在，只是考虑到我们最终会在系统中添加新的硬件驱动器），这让事情变得更令人困惑。从这个方面来看，我们就知道/dev 需要彻底检修 。Devfs设备文件系统lDevfs，也叫设备文件系统（Device Filesystem），设计它的唯一目的就是提供一个新的（更理性的）方式管理通常位于/dev 的所有块设备和字符设备。l使用Dev

13、fs需要在内核添加对的 devfs 支持。（配置内核）。ldevfs 文件系统是安装在/dev 中，/dev 包含了 devfs 名称空间的表达。使用 devfs，可以只要查看/dev 就知道系统上有什么设备。Devfs设备文件系统l驱动程序调用下面的函数来进行设备文件的创建和删除工作：Devfs设备文件系统ldevfs_register 函数说明:l功能：向系统注册设备。ldir:新创建的设备文件的父目录，一般设为NULL,表示父目录为/dev。如果需要创建一个自己的目录，那么驱动程序应该调用devfs_mk_dir（）。lName：设备名称。lFlags：Devfs标志的位掩码。如果指定为

14、DEVFS_FL_AUTO_DEVNUM，自动为设备分配设备号。则主次设备号就不再有用了，可以都为0。lMajor：主设备号。lMinor：次设备号。lMode：设备的访问模式，和文件的访问模式类似。lOps：设备的文件操作数据结构指针。lInfo：filp-private_data的默认值，一般设为NULL。l用devfs_register注册的设备会自动创建/dev/下的设备文件，而用register_chrdev注册的设备则需要用户手工mknod创建设备文件。Devfs设备文件系统lDevfs_mk_dir函数说明：l功能：在/dev下创建新的设备目录 lDir：值为NULLlName：

15、设备目录名lInfo：值为NULLDevfs设备文件系统l举例：devfs_gpf_dir=devfs_mk_dir(NULL,gpf,NULL);devfs_gpf_raw=devfs_register(devfs_gpf_dir,key,DEVFS_FL_AUTO_DEVNUM,0,0,S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR,&s3c2410_fops,NULL);l分析：这样就会在/dev下建立一个/gpf/key的设备文件，相当于手动创建 mknod 文件路径 c 主设备号 从设备号目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统

16、 Udev与Devfs的区别l在Linux2.6内核中，udev取代了devfs，原因如下：lDevfs所做的工作被确信可以在用户态完成l一些bug相当长的时间内未被修复lDevfs的维护者和作者停止了对代码的维护工作lUdev完全在用户态工作，利用设备加入或移除时内核所发送的热插拔事件来工作。l由于udev根据系统中硬件设备的状态动态更新设备文件，进行设备文件的创建和删除等，因此，在使用udev后，/dev目录下就会只包含系统中真正存在的设备。lDevfs与udev的另一个显著区别在于：采用devfs，当一个并不存在的/dev节点被打开的时候，devfs能自动加载对应的驱动，而udev则不能

17、。Sysfs文件系统与Linux设备模型lSysfs文件系统lLinux2.6引入了sysfs文件系统，它是一个虚拟的文件系统，它可以产生一个包括所有系统硬件的层级视图，与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。lSysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，它们可以由用户空间存取，向用户空间导出内核数据结构及它们的树型。lSysfs的一个目的就是展示设备驱动模型中各组件的层次关系。Sysfs文件系统与Linux设备模型lKobject内核对象lkobject是Linux2.6引入的设备管理机制，在内核中由kobject结构体表示，这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接

18、口。每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。lVoid kobject_init(struct kobject*kobj)lInt kobject_set_name(struct kobject*kobj,const char*format,)lStruct kobject*kobject_get(struct kobject*kobj)lVoid kobject_put(struct kobject*kobj)lInt kobject_register(struct kobject*kobj)lVoid kobject_del(sturct kobject

19、*kobj)lVoid kobject_unregister(struct kobject*kobj)Sysfs文件系统与Linux设备模型lKset内核对象lKobject通常通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject的集合，在内核中用kset数据结构表示。l包含在kset中的所有kobject被组织成一个双向循环链表。Sysfs文件系统与Linux设备模型lSubsystem内核对象子系统lSubsystem是一系列kset的集合，它描述系统中某一类设备子系统。lLinux设备模型组件l系统中的任一是设备在设备模型中都有一个deivce对象描述。l属性l在bus

20、、device、driver和class层次上都分别定义了其属性结构体，包括bus_attribute、driver_attribute、class_attribute、class_device_attributeUdev的组成lUdev的设计目标：l在用户空间中执行l动态建立/删除设备文件l允许每个都不用关心主/次设备号l提供LSB标准名称l如果需要，可提供固定的名称Udev的组成lUdev的工作过程l当内存检测到在系统中出现了新设备后，内核会在sysfs文件系统中为该新设备生成新的记录并导出一些设备特定的信息及所发生的事情lUdev获取内核导出的信息，它调用namedev决定应该给该设备指

21、定的名称。Udev的组成l在namedev中使用5个步骤来决定指定设备的命名l标签/序号l设备总线号l总线上的拓扑l替换名称l内核提供的名称Udev规则文件lUdev规则文件以行为单位，以“#”开头的行代表注释行。其余的每一行代表一个规则。每个规则分成一个或多个匹配和赋值部分。匹配部分用匹配专用的关键字来表示，相应的赋值部分用赋值专用的关键字来表示。l匹配关键字包括：ACTION、KERNEL、BUS、SYSFS、SUBSYSTEM等。赋值关键字包括：NAME、SYMLINK、OWNER、GROUP、IMPORT等。创建和配置udevlUdev包括udev、udevcontrol、udevd、

22、udevsend、udevmonitor、udevsettle、udevstart、udevinfo、udevtest和udevtrigger等处于用户空间的程序。l在嵌入式系统中，只需要udevd和udevstart就能使udev工作。我们可以按照下面的步骤来生成和配置udevl从网站上下载udev程序l运行tar zxvf udev-114.tar.gz命令解压缩udev程序包l运行make编译udevl把第3步生成的工具程序复制到/sbin目录，同时把解压缩udev-114.tar.gz后获得的etc目录下的udev目录复制到系统的/etc下l编写完成启动、停止、重新启动等工作的udev脚本