2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计
2017-12-04 07:27
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2017-2018-1 20155202实验四 外设驱动程序设计
一、学习笔记:
本章内容:
Linux设备驱动的基本概念
Linux设备驱动程序的基本功能
linux设备驱动的运作过程
常见设备驱动接口函数
掌握LCD设备驱动程序编写步骤
掌握键盘设备驱动程序编写步骤
内核既是操作系统的心脏,也是它的大脑,因为内核控制着基本的硬件。内核是操作系统的核心,具有很多最基本功能,如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享的写时拷贝(copy-on-write)可执行程序和TCP/IP网络功能
Linux内核本身并不是操作系统,它是一个完整操作系统的组成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux发行商都采用Linux内核,然后加入更多的工具、库和应用程序来构建一个完整的操作系统
OS通过各种驱动程序来操作硬件设备,设备驱动程序是内核的一部分,硬件驱动程序是OS最基本的组成部分。
Linux将最基本的核心代码编译在内核当中,其他代码编译到内核或者内核的模块文件,需要时再加载。常见的内核模块驱动程序比如声卡和网卡,linux基础驱动包括CPU,PCI总线,TCP/IP协议,APM(高级电源管理)等。
加载驱动就是加载内核模块。
lsmod列出当前系统中加载的模块
设备驱动程序与外界的接口
设备驱动程序必须为内核或者其子系统提供一个标准接口。
字符设备的注册
在内核中使用struct cdev结构来描述字符设备,我们在驱动设备中将已分配到的设备号以及设备操作接口(struct file_operations结构)赋予struct cdev结构变量。
使用cdev_alloc()函数向系统申请分配struct cdev结构,再用cdev_init()函数初始化已分配到的结构与file_operations结构关联。
调用cdev_add()函数将设备号与struct cdev结构进行关联并向内核正式报告新设备的注册,新设备可以使用了。
设备驱动结构函数
打开设备的函数接口open()
释放设备的函数接口realease()
读写设备read() write()函数
再以管理员身份运行加载脚本:
问题三:运行load脚本出现错误
这个原因一般是因为,运行过
test.c
Makefile:
test_drv_unload脚本内容:
嵌入式系统属于:用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置,是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
Linux基础部分从Linux的安装过程、基本操作命令学起,通过了解嵌入式Linux的环境搭建,以及嵌入式Linux的I/O与文件系统的开发、进程控制开发、进程间通信开发和实践,让我对嵌入式这个词有了更为深入的了解
虽然一些实验具体的步骤只是照猫画虎,但是我还是对嵌入式系统有了一定的思路。这次实验使用康奈尔笔记,与之前只是看从不动笔做比较,让我学习的条理性有了很大的提升。而老师发的那张纸中左边是重点部分,右边是笔记部分让我更有条理性,更好的把握住了重点。让我的学习效率有了显著的提升。-
一、学习笔记:
本章内容:
Linux设备驱动的基本概念
Linux设备驱动程序的基本功能
linux设备驱动的运作过程
常见设备驱动接口函数
掌握LCD设备驱动程序编写步骤
掌握键盘设备驱动程序编写步骤
课下笔记:
学习笔记中得到问题与解决
什么是Linux内核?
内核是我们通常所说的“Linux技术奇迹”的最重要特征内核既是操作系统的心脏,也是它的大脑,因为内核控制着基本的硬件。内核是操作系统的核心,具有很多最基本功能,如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享的写时拷贝(copy-on-write)可执行程序和TCP/IP网络功能
Linux内核本身并不是操作系统,它是一个完整操作系统的组成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux发行商都采用Linux内核,然后加入更多的工具、库和应用程序来构建一个完整的操作系统
register_chrdev()为什么逐渐被淘汰?有什么缺点?
register_chrdev()分为静态注册和动态注册,而新型的注册将静态注册和动态注册分为两个个体,解决了前者产生资源浪费的问题设备驱动简介
设备驱动程序是内核的一部分。OS通过各种驱动程序来操作硬件设备,设备驱动程序是内核的一部分,硬件驱动程序是OS最基本的组成部分。
Linux将最基本的核心代码编译在内核当中,其他代码编译到内核或者内核的模块文件,需要时再加载。常见的内核模块驱动程序比如声卡和网卡,linux基础驱动包括CPU,PCI总线,TCP/IP协议,APM(高级电源管理)等。
加载驱动就是加载内核模块。
lsmod列出当前系统中加载的模块
设备驱动程序与外界的接口
设备驱动程序必须为内核或者其子系统提供一个标准接口。
设备驱动编程
设备驱动程序以模块的方式动态加载到内核中。在驱动开发时没有main()函数,模块在调用insmod命令时被加载,在该函数中完成设备的注册。调用rmmod命令时被卸载。设备完成注册加载后,用户的应用程序可以对该设备进行一定的操作,如open()、read()、write()等。字符设备的注册
在内核中使用struct cdev结构来描述字符设备,我们在驱动设备中将已分配到的设备号以及设备操作接口(struct file_operations结构)赋予struct cdev结构变量。
使用cdev_alloc()函数向系统申请分配struct cdev结构,再用cdev_init()函数初始化已分配到的结构与file_operations结构关联。
调用cdev_add()函数将设备号与struct cdev结构进行关联并向内核正式报告新设备的注册,新设备可以使用了。
设备驱动结构函数
打开设备的函数接口open()
释放设备的函数接口realease()
读写设备read() write()函数
具体实验操作:
1. 先给脚本文件增加可执行权限:chmod +x ./test_drv_load
2. 再以管理员身份运行加载脚本:
sudo ./test_drv_load
3. 加载成功
4. 编译运行
test.c
5. 编译:
gcc -o test test.c
6. 运行
:./test
7. 根据提示输入学号信息
8. 卸载模块
先给脚本文件增加可执行权限:chmod +x ./test_drv_unload
再以管理员身份运行加载脚本:
sudo ./test_drv_unload
实验过程中遇到的问题
问题一:自己的虚拟机上不能编译运行代码。
解决:发现是自己的虚拟机内核与实验所需的不同,用实验一用到的老师的虚拟机,可以运行。问题二:遇到missing separator stop的错误。
解决:把行首的空格改为了tab。问题三:运行load脚本出现错误insmod: error inserting './test_drv.ko': -1 File exists
这个原因一般是因为,运行过./test_drv_load(没加sudo),但是失败了,但是运行到了加载驱动的模块的语句,驱动已经加载,所以再次运行加载模块会提示该错。
根据书第十一章最后关于字符设备的test实验中代码,将test_drv.c,test.c,Makefile,test_drv_load,test_drv_unload文件敲入,保存在文件夹内。[注]:敲入书中代码时要多检查,避免错误。
这是test_drv.c的源代码:
#include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/types.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/cdev.h> #include <asm/uaccess.h> #define TEST_DEVICE_NAME "test_dev" #define BUFF_SZ 1024 static struct cdev test_dev; unsigned int major =0; static char *data = NULL; /*º¯ÊýÉùÃ÷*/ static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos); static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer, size_t count,loff_t *f_pos); static int test_open(struct inode *inode, struct file *file); static int test_release(struct inode *inode,struct file *file); static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) { int len; if (count < 0 ) { return -EINVAL; } len = strlen(data); count = (len > count)?count:len; if (copy_to_user(buf, data, count)) { return -EFAULT; } return count; } static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos) { if(count < 0) { return -EINVAL; } memset(data, 0, BUFF_SZ); count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ; if (copy_from_user(data, buffer, count)) { return -EFAULT; } return count; } static int test_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk("This is open operation\n"); data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL); if (!data) { return -ENOMEM; } memset(data, 0, BUFF_SZ); return 0; } static int test_release(struct inode *inode,struct file *file) { printk("This is release operation\n"); if (data) { kfree(data); data = NULL; } return 0; } static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor, struct file_operations *fops) { int err, devno = MKDEV(major, minor); cdev_init(dev, fops); dev->owner = THIS_MODULE; dev->ops = fops; err = cdev_add (dev, devno, 1); if (err) { printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor); } } static struct file_operations test_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = test_read, .write = test_write, .open = test_open, .release = test_release, }; int init_module(void) { int result; dev_t dev = MKDEV(major, 0); if (major) { result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME); } else { result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME); major = MAJOR(dev); } if (result < 0) { printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major); return result; } test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops); printk("The major of the test device is %d\n", major); return 0; } void cleanup_module(void) { cdev_del(&test_dev); unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1); printk("Test device uninstalled\n"); }
test.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev" #define BUFF_SZ 1024 int main() { int fd, nwrite, nread; char buff[BUFF_SZ]; fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR); if (fd < 0) { perror("open"); exit(1); } do { printf("Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):"); memset(buff, 0, BUFF_SZ); if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL) { perror("fgets"); break; } buff[strlen(buff) - 1] = '\0'; if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) { perror("write"); break; } if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0) { perror("read"); break; } else { printf("The read string is from kernel:%s\n", buff); } } while(strncmp(buff, "quit", 4)); close(fd); exit(0); }
Makefile:
ifeq ($(KERNELRELEASE),) KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules modules_install: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install clean: rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions .PHONY: modules modules_install clean else obj-m := test_drv.o endif test_drv_load脚本内容如下: #!/bin/sh module="test_drv" device="test_dev" mode="664" group="david" # remove stale nodes rm -f /dev/${device} # invoke insmod with all arguments we got # and use a pathname, as newer modutils don't look in . by default /sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1 major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"` mknod /dev/${device} c $major 0 # give appropriate group/permissions chgrp $group /dev/${device} chmod $mode /dev/${device}
test_drv_unload脚本内容:
#!/bin/sh module="test_drv" device="test_dev" # invoke rmmod with all arguments we got /sbin/rmmod $module $* || exit 1 # remove nodes rm -f /dev/${device} exit 0
实验体会与总结:
本周学习了嵌入式Linux应用程序开发,来做这个实验。嵌入式系统属于:用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置,是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
Linux基础部分从Linux的安装过程、基本操作命令学起,通过了解嵌入式Linux的环境搭建,以及嵌入式Linux的I/O与文件系统的开发、进程控制开发、进程间通信开发和实践,让我对嵌入式这个词有了更为深入的了解
虽然一些实验具体的步骤只是照猫画虎,但是我还是对嵌入式系统有了一定的思路。这次实验使用康奈尔笔记,与之前只是看从不动笔做比较,让我学习的条理性有了很大的提升。而老师发的那张纸中左边是重点部分,右边是笔记部分让我更有条理性,更好的把握住了重点。让我的学习效率有了显著的提升。-
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