嵌入式Linux系统开发教程 教学课件 作者 978 7 302 22520 1 第十章.pptVIP

系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。它们都有一个共同的特点：屏蔽了底层的某个具体服务的实现细节，比如，系统调用屏蔽了操作系统内核某个具体功能的实现细节，设备驱动程序则屏蔽了底层硬件设备的细节。 具体来说，在Linux中设备是被当做文件来进行处理的。上层的应用程序需要操作硬件时，只需要获得设备的文件描述符，然后通过系统调用open()，read()，write()，ioctl()，close()等来操作设备，这与一般普通的文件操作非常类似。应用程序不关心无需关心硬件的细节。应用程序发出系统调用指令后，会从用户态转换为内核态，通过内核将系统调用函数转换成对物理设备的操作。如图所示了应用程序使用底层的设备接口示意图，从中可以看出，设备驱动层起到了承上启下的作用。 常见的驱动程序也是作为内核模块动态加载的，比如声卡驱动和网卡驱动等，而 Linux最基础的驱动，如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、APM（高级电源管理）、VFS等驱动程序则直接编译在内核文件中。有时也把内核模块叫做驱动程序，只不过驱动的内容不一定是硬件罢了，比如ext3文件系统的驱动。因此，加载驱动时就是加载内核模块。 作为程序开发者，从上图可以看出，处于设备驱动层的Linux驱动程序为应用程序提供了访问硬件设备的编程接口（Application Programming Interface，API），它是真个设备驱动的核心内容。驱动程序主要提供以下功能： 应用程序通过驱动程序安全有效地访问硬件； 驱动程序作为嵌入式系统的中间层软件，它隐藏了底层的细节，从而提高了软件的可移植性和可复用性； 驱动程序文件节点可以方便地提供访问权限控制。 从下层驱动开发人员的角度来看，Linux驱动程序就是通过直接操控硬件的软件，来完成下面的功能： 对设备初始化和释放； 直接读写硬件寄存器来控制硬件； 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据； 操作设备缓冲区设备； 操作输入、输出设备，如键盘、打印机等； 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。 Linux 的一个重要特点就是将所有的设备都当做文件进行处理，这一类特殊文件就是设备文件，它们可以使用前面提到的文件、I/O相关函数进行操作，这样就大大方便了对设备的处理。它通常在“/dev”下面存在一个对应的逻辑设备节点，这个节点以文件的形式存在。 Linux 系统的设备文件分为四类：块设备文件、字符设备文件、网络设备文件和杂项设备文件。 块设备文件：通常指一些需要以块（如512字节）的方式写入的设备，如IDE硬盘、SCSI硬盘、光驱等； 字符型设备文件：通常指可以直接读写，没有缓冲区的设备，如并口、虚拟控制台等； 网络设备文件：通常是指网络设备访问的 BSD socket接口，如网卡等； 杂项设备文件：通常指的是比较特殊的驱动程序，如IIC、USB等。 设备号是一个数字，它是设备的标志。就如前面所述，一个设备文件（也就是设备节点）可以通过mknod命令来创建，其中指定了主设备号和次设备号。主设备号表明某一类设备，用于标识设备对应的驱动程序，一般对应着确定的驱动程序，主设备号相同的设备使用相同的驱动程序；次设备号一般是用于区分标明不同属性（例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作等），它标志着某个具体的物理设备。次设备号是一个8位数，用来区分具体设备的实例。因此，同一台机器上如果有两个相同的设备，则它们的主设备号相同，但第一个设备的次设备号为0，而第二个设备的次设备号为1。一般，高字节为主设备号和底字节为次设备号。例如，在系统中的块设备IDE 硬盘的主设备号是 3，而多个 IDE 硬盘及其各个分区分别赋予次设备号1、2、3…… Linux设备的设备号由主、次设备号构成，如果已经知道某设备的主、次设备号，可以利用MKDEV()宏来合成设备号。该宏定义如下（位于include/linux/kdev_t.h中）： #define MKDEV(ma,mi) ((ma)8 | (mi)) 从宏定义可以看出，设备号高位存放着设备的主设备号，低8位存放着设备的次设备号。 如果已知设备的设备号，可以利用MAJOR()和MINOR()宏来将该设备的主、次设备号分离出来。该宏定义如下： #define MAJOR(dev) ((dev)8) #define MINOR(dev) ((dev) 0xff) Linux系统下，有关主设备号的分配原则，可以参看Documentation/Device.txt。 Linux驱动程序可以通过两种方式集成到内核中去： 一是将其直接编译到内核； 二是将其编写成模块，在需要添加某种硬件的时候，内核可以将其调入