內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 馬麗潔 李占嶺

Linux設(shè)備驅(qū)動程序?qū)儆贚inux內(nèi)核的一部分，并在Linux內(nèi)核中扮演著十分重要的角色。它們像一個個“黑盒子”使某個特定的硬件響應(yīng)一個定義良好的內(nèi)部編程接口，同時完全隱蔽了設(shè)備的工作細節(jié)。用戶通過一組標準化的調(diào)用來完成相關(guān)操作，這些標準化的調(diào)用是和具體設(shè)備驅(qū)動無關(guān)的，而驅(qū)動程序的任務(wù)就是把這些調(diào)用映射到具體設(shè)備對于實際硬件的特定操作上。

可以把設(shè)備驅(qū)動作為內(nèi)核的一部分，直接編譯到內(nèi)核中，即靜態(tài)編譯，也可以單獨作為一個模塊編譯，在需要它的時候再動態(tài)的把它插入到內(nèi)核中。在不需要時也可把它從內(nèi)核中刪除，即動態(tài)連接。顯然動態(tài)連接比靜態(tài)連接有更多的好處，但在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域往往要求進行靜態(tài)連接，尤其是像S3C44BO這種不帶MMU的芯片。但在S3C241O等帶MMU的ARM芯片中我們依然可以使用動態(tài)連接。

一、Linux設(shè)備分類

目前Linux支持的設(shè)備驅(qū)動可分為三種：字符設(shè)備，塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。當(dāng)然它們之間的也并不是要嚴格的加以區(qū)分。

1.字符設(shè)備：所有能夠像字節(jié)流一樣訪問的設(shè)備比如文件等在Linux中都通過字符設(shè)備驅(qū)動程序來實現(xiàn)。在Linux中它們也被映射為文件系統(tǒng)的一個節(jié)點，常在/dev目錄下。字符設(shè)備驅(qū)動程序一般要包含open，close，read，write等幾個系統(tǒng)調(diào)用。

2.塊設(shè)備：Linux的塊設(shè)備通常是指諸如磁盤，內(nèi)存，F(xiàn)lash等可以容納文件系統(tǒng)的存儲設(shè)備。與字符設(shè)備類似，塊設(shè)備也是通過文件系統(tǒng)來進行訪問，它們之間的區(qū)別僅僅在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式不同。它也允許像字符設(shè)備一樣的訪問，可以一次傳遞任意多的字節(jié)。Linux中的塊設(shè)備包含整數(shù)個塊，每個塊包含2的幾次冪的字節(jié)。

3.網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備是Linux中比較復(fù)雜的一種設(shè)備，通常它們指的是硬件設(shè)備，但有時也可是一個軟件設(shè)備。它們由內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動，負責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，而且它并不需要了解每一項事務(wù)是如何映射到實際傳送的數(shù)據(jù)包的。它們的數(shù)據(jù)傳送往往并不是面向流的，所以不容易把它們映射到一個文件系統(tǒng)的節(jié)點上。在Linux中采用給網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備分配一個唯一名字的方法來訪問該設(shè)備。

二、Linux關(guān)于字符設(shè)備的管理

驅(qū)動程序在Linux內(nèi)核中往往是以模塊形式出現(xiàn)的。與應(yīng)用程序的執(zhí)行過程不同，模塊通常只是預(yù)先向內(nèi)核注冊自己，當(dāng)內(nèi)核需要時響應(yīng)請求。模塊中包含兩個重要的函數(shù)：init_module和cleanup_module。前者是模塊的入口，它為模塊調(diào)用做好準備工作，而后者則是在模塊即將卸載時被調(diào)用，做一些清掃工作。

驅(qū)動程序模塊通過函數(shù)：int register_chrdev(unsigned int major，const char *name，struct file_operations*fops）；來完成向內(nèi)核注冊的。其中unsi-gned int major為主設(shè)備號，const char *name為設(shè)備名，結(jié)構(gòu)指針struct file_operations *fops內(nèi)核就是通過這個結(jié)構(gòu)來訪問驅(qū)動程序的。

在Linux中字符設(shè)備是通過文件系統(tǒng)中的設(shè)備名來進行訪問的。這些名稱通常放在/dev目錄下，通過命令ls-l/dev我們可以看到該目錄下的一大堆設(shè)備文件，其中第一個字母是“C”的為字符設(shè)備，而第一個字母是“b”的為塊設(shè)備文件。其中每個設(shè)備文件都具有一個主設(shè)備號和一個次設(shè)備號。當(dāng)驅(qū)動程序調(diào)用open系統(tǒng)調(diào)用時，內(nèi)核就是利用主設(shè)備號把該驅(qū)動與具體設(shè)備對應(yīng)起來的。而次設(shè)備號內(nèi)核并不關(guān)心，它是給主設(shè)備號已經(jīng)確定的驅(qū)動程序使用的，一個驅(qū)動程序往往可以控制多個設(shè)備，如一個硬盤的多個分區(qū)，這時該硬盤擁有一個主設(shè)備號，而每個分區(qū)擁有自己的次設(shè)備號。

我們編寫好一個驅(qū)動程序模塊后，按傳統(tǒng)的主次設(shè)備號的方法來進行設(shè)備管理，則我們應(yīng)手工為該模塊建立一個設(shè)備節(jié)點。命令：mknod /dev/ts c 254 O其中/dev/ts表示我們的設(shè)備名是ts，“C”說明它是字符設(shè)備，“254”是主設(shè)備號，“O”是次設(shè)備號。一旦通過mknod創(chuàng)建了設(shè)備文件，它就一直保留下來，除非我們手工刪除它。我們用register_chrdev注冊模塊時，給major賦值為O，則系統(tǒng)就采用動態(tài)方式分配設(shè)備號。它會在所有未被使用的設(shè)備號中為我們選定一個，作為函數(shù)返回值返回給我們。一旦分配了設(shè)備號，我們就可以在/proc/devices中看到相關(guān)內(nèi)容。/proc在前面關(guān)于操作系統(tǒng)移植的實驗中我們已經(jīng)提到，它是一個偽文件系統(tǒng)，它實際并不占用任何硬盤空間，而是在內(nèi)核運行時在內(nèi)存中動態(tài)生成的。它可以顯示當(dāng)前運行系統(tǒng)的許多相關(guān)信息。顯然這一點對我們動態(tài)分配主設(shè)備號是非常有意義的。因為，正如我們前面提到的一樣，我們采用主次設(shè)備號的方式管理設(shè)備文件，我們要在/dev目錄下為我們的設(shè)備創(chuàng)建一個設(shè)備名，可我們的設(shè)備號卻是動態(tài)產(chǎn)生的，每次都不一樣，這樣我們就不得不每次都從新運行一次mknod命令。這個過程我們通常通過編寫自動執(zhí)行腳本來完成，而其中的主設(shè)備號我們就可以通過/proc/devices中獲得。

三、觸摸屏的控制

本系統(tǒng)觸摸屏的控制是使用的S3c241O處理器自帶的觸摸屏控制器，這部分的開發(fā)主要參考S3c241O處理器的芯片手冊。這部分的控制主要是設(shè)置觸摸屏的采樣模式，處理器提供的模式：

1.正常的轉(zhuǎn)換模式

2.手動的x/y位置轉(zhuǎn)換模式

3.自動的x/y位置轉(zhuǎn)換模式

我們這里使用的是第3種轉(zhuǎn)換模式。需要注意的是在完成一次x/y坐標采樣的過程中需要一次模式轉(zhuǎn)換即在點擊觸摸屏之前是等待中斷模式，當(dāng)有觸摸動作產(chǎn)生觸摸屏中斷以后，在x/y的坐標采集驅(qū)動中設(shè)置成自動的x/y位置轉(zhuǎn)換模式，在完成采集以后再轉(zhuǎn)換回等待中斷模式，準備下一次的觸摸采樣。

四、程序分析

剖析S3C241O的觸摸屏驅(qū)動程序，部分代碼及注釋如下：

static ssize_t s3c241O_ts_read(str-uct file *filp，char *buffer，size_t count，loff_t *ppos)/*設(shè)備讀函數(shù)，各參數(shù)含義：*filp打開的文件，*buffer數(shù)據(jù)緩存，count請求傳送數(shù)據(jù)長度，*ppos用戶在文件中進行存儲操作的位置。*/

驅(qū)動程序運行在內(nèi)核空間，而應(yīng)用程序運行在用戶空間。用戶空間內(nèi)存頁是可被換出的。當(dāng)內(nèi)核空間訪問用戶空間時有可能當(dāng)前頁并不存在而造成錯誤。所以當(dāng)我們要從內(nèi)核空間拷貝整段數(shù)據(jù)到用戶空間時只能借助于內(nèi)核函數(shù)：

unsigned long copy_to_user(void*to，const void *from，unsigned long count)

同樣從用戶空間往內(nèi)核空間拷貝數(shù)據(jù)也只能借助于內(nèi)核函數(shù)：

unsigned long copy_from_user(void*to，const void *from，unsigned long count)它將在驅(qū)動程序?qū)懞瘮?shù)中用到。

//在該函數(shù)中添加自己的濾波算法，注意函數(shù)中對硬件寄存器操作的部分語句和函數(shù)static void s3c241O_isr_tc(int irq，void *dev_id，struct pt_regs*reg)//這是中斷處理函數(shù)，當(dāng)觸摸屏事件發(fā)生時觸發(fā)中斷，內(nèi)核捕捉該中斷后交由該函數(shù)處理。

static int s3c241O_ts_open(struct inode *inode，struct file *filp)//打開設(shè)備，該函數(shù)中往往要完成設(shè)備初始化和使用記數(shù)增值。

static int s3c241O_ts_release(str-uct inode *inode，struct file *filp)//設(shè)備釋放函數(shù)。

s3c241O_isr_adc、S3c241O_isr_tc：它是一個唯一的標志符，通過該指針多個設(shè)備可以共享信號線。驅(qū)動程序也可以用它指向自己的私有數(shù)據(jù)區(qū)，用來識別哪個設(shè)備產(chǎn)生了中斷。

由于設(shè)備驅(qū)動是溝通底層硬件與上層應(yīng)用程序的橋梁，它所涉及的內(nèi)容相當(dāng)多。要編寫一個完整的驅(qū)動程序，要求你不僅對硬件設(shè)備及其工作原理要相當(dāng)熟悉，同時必需具備一定的內(nèi)核結(jié)構(gòu)的知識，此外對上層應(yīng)用程序及開發(fā)語言也具有比較過硬的開發(fā)能力。

[1]毛德操,胡希明.Linux內(nèi)核源代碼情景分析(上冊)[M].浙江:浙江大學(xué)出版社.

[2]劉淼.嵌入式系統(tǒng)接口設(shè)計與Linux驅(qū)動程序開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué),2006,11.