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標題: 字符設(shè)備驅(qū)動架構(gòu)分析 [打印本頁]

作者: xpl 時間: 2008-08-26 15:45
標題: 字符設(shè)備驅(qū)動架構(gòu)分析
好長時間沒怎么看書了,最近把字符設(shè)備驅(qū)動部分又復(fù)習了一下,寫個筆記.

Char Device Driver

相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};

struct kobj_map {
struct probe {
struct probe *next;
dev_t dev;
unsigned long range;
struct module *owner;
kobj_probe_t *get;
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data;
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};

static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct file_operations *fops;
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 255

下面本文通過一下三個方面以及他們的關(guān)聯(lián)來描述字符設(shè)備驅(qū)動:
1. 字符驅(qū)動模型
2. 字符設(shè)備的設(shè)備號
3. 文件系統(tǒng)中對字符設(shè)備文件的訪問

1. 字符驅(qū)動模型

每個字符驅(qū)動由一個 cdev 結(jié)構(gòu)來表示.

在設(shè)備驅(qū)動模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 來記錄字符設(shè)備驅(qū)動.
這是由 struct kobj_map 結(jié)構(gòu)來表示的. 它內(nèi)嵌了255個struct probe指針數(shù)組
kobj_map由全局變量 cdev_map 引用: static struct kobj_map *cdev_map;

相關(guān)函數(shù)說明:

cdev_alloc() 用來創(chuàng)建一個cdev的對象

cdev_add() 用來將cdev對象添加到驅(qū)動模型中,其主要是通過kobj_map()來實現(xiàn)的.
kobj_map() 會創(chuàng)建一個probe對象,然后將其插入cdev_map中的某一項中,并關(guān)聯(lián)probe->data 指向 cdev

struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)
根據(jù)設(shè)備號,在cdev_map中查找其cdev對象內(nèi)嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject

2. 字符設(shè)備的設(shè)備號

字符設(shè)備的主,次設(shè)備號的分配:

全局數(shù)組 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個 struct char_device_struct的元素.
每一個對應(yīng)一個相應(yīng)的主設(shè)備號.

如果分配了一個設(shè)備號,就會創(chuàng)建一個 struct char_device_struct 的對象,并將其添加到 chrdevs 中.
這樣,通過chrdevs數(shù)組,我們就可以知道分配了哪些設(shè)備號.

相關(guān)函數(shù):
register_chrdev_region( ) 分配指定的設(shè)備號范圍
alloc_chrdev_region( ) 動態(tài)分配設(shè)備范圍
他們都主要是通過調(diào)用函數(shù)__register_chrdev_region() 來實現(xiàn)的
要注意,這兩個函數(shù)僅僅是注冊設(shè)備號! 如果要和cdev關(guān)聯(lián)起來,還要調(diào)用cdev_add()

register_chrdev( ) 申請指定的設(shè)備號,并且將其注冊到字符設(shè)備驅(qū)動模型中.
它所做的事情為:
1. 注冊設(shè)備號, 通過調(diào)用 __register_chrdev_region() 來實現(xiàn)
2. 分配一個cdev, 通過調(diào)用 cdev_alloc() 來實現(xiàn)
3. 將cdev添加到驅(qū)動模型中, 這一步將設(shè)備號和驅(qū)動關(guān)聯(lián)了起來. 通過調(diào)用 cdev_add() 來實現(xiàn)
4. 將第一步中創(chuàng)建的 struct char_device_struct 對象的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由于register_chrdev()是老的接口,這一步在新的接口中并不需要.

3. 文件系統(tǒng)中對字符設(shè)備文件的訪問

對于一個字符設(shè)備文件, 其inode->i_cdev 指向字符驅(qū)動對象cdev, 如果i_cdev為 NULL ,則說明該設(shè)備文件沒有被打開.

由于多個設(shè)備可以共用同一個驅(qū)動程序.所以,通過字符設(shè)備的inode 中的i_devices 和 cdev中的list組成一個鏈表

首先,系統(tǒng)調(diào)用open打開一個字符設(shè)備的時候, 通過一系列調(diào)用,最終會執(zhí)行到 chrdev_open.
(最終是通過調(diào)用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 這一系列的調(diào)用過程,本文暫不討論)

int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

chrdev_open()所做的事情可以概括如下:
1. 根據(jù)設(shè)備號(inode->i_rdev), 在字符設(shè)備驅(qū)動模型中查找對應(yīng)的驅(qū)動程序, 這通過kobj_lookup() 來實現(xiàn), kobj_lookup()會返回對應(yīng)驅(qū)動程序cdev的kobject.
2. 設(shè)置inode->i_cdev , 指向找到的cdev.
3. 將inode添加到cdev->list的鏈表中.
4. 使用cdev的ops 設(shè)置file對象的f_op
5. 如果ops中定義了open方法,則調(diào)用該open方法
6. 返回.

執(zhí)行完chrdev_open()之后,file對象的f_op指向cdev的ops,因而之后對設(shè)備進行的read, write等操作,就會執(zhí)行cdev的相應(yīng)操作.

作者: dreamice 時間: 2008-08-26 15:49
標題: 回復(fù) #1 xpl 的帖子
不錯，和ldd3有異曲同工之處

作者: hongmy525 時間: 2008-08-26 15:58
我想問問這個圖是怎么畫的？？我記得以前好像誰問過，但是想不起來了，圖畫得好看：）
好帖，謝謝

[ 本帖最后由 hongmy525 于 2008-8-26 16:00 編輯 ]

作者: xpl 時間: 2008-08-26 18:09

原帖由 hongmy525 于 2008-8-26 15:58 發(fā)表
我想問問這個圖是怎么畫的？？我記得以前好像誰問過，但是想不起來了，圖畫得好看：）
好帖，謝謝

ascii art studio

我記得在我的vfs的那個帖子里貼過這個工具的下載鏈接.

作者: hongmy525 時間: 2008-08-26 19:27
是的是的，你一說我就想起來了，下午暈暈的~~

作者: jaycu 時間: 2008-08-27 11:55
多謝LZ，好帖，認真學習

作者: Godbach 時間: 2008-08-27 14:47
好文章。另外，這張圖是怎么放到正文的，我一般都是作為附件上傳的

作者: nciae 時間: 2009-04-05 16:19
學習了，呵呵謝謝LZ
前幾天剛剛寫了一個字符設(shè)備的驅(qū)動程序
正好解這個機會好好整理一下～～
誒，總是感覺太亂了，沒有頭緒
不知道LZ和大家是怎么看的

作者: scutan 時間: 2009-04-05 16:35

原帖由 nciae 于 2009-4-5 16:19 發(fā)表
學習了，呵呵謝謝LZ
前幾天剛剛寫了一個字符設(shè)備的驅(qū)動程序
正好解這個機會好好整理一下～～
誒，總是感覺太亂了，沒有頭緒
不知道LZ和大家是怎么看的

多看幾遍，思路就慢慢清晰了。

作者: goter 時間: 2009-04-07 10:25
應(yīng)該是插入吧

作者: zhuqing_739 時間: 2010-08-27 18:05
太好了！

作者: vivian_avon_lyf 時間: 2010-12-28 10:19
LZ很厲害哦學習了謝謝~

作者: rlingxing 時間: 2011-04-19 09:36
回復(fù) 1# xpl

全局數(shù)組 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個 struct char_device_struct的元素.
每一個對應(yīng)一個相應(yīng)的主設(shè)備號.

應(yīng)試是 256 [ 0 ~ 255 ], LZ你說對嗎？

作者: qingyu2431 時間: 2011-10-13 18:40
被這個問題困擾了一天，最后在這里找到了答案，真想哭

作者: LKNJGS07 時間: 2011-11-01 12:40
受教了！

作者: q631951221 時間: 2011-12-13 20:03
回復(fù) 14# qingyu2431

什么問題？

作者: zqh1630 時間: 2012-12-06 15:41
頂一個，不錯，繼續(xù)學習~~

作者: hk2305621 時間: 2012-12-07 08:51
簡短精悍的介紹了字符設(shè)備驅(qū)動. 好文章.

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