一、驱动程序大揭密



图为应用程序与驱动程序的关系图：




arm 架构下 gdal驱动制作 arm驱动器_arm 架构下 gdal驱动制作


当应用程序调用系统函数read时，会首先经过内核的处理，然后再去调用驱动程序中相应的函数。


可以使用反汇编查看read系统函数的实现：


arm-linux-gcc -static -g read_mem.c -o read_mem


然后：


arm-linux-objdump -D -S read_mem >dump


vi dump


read(fd, &dst, sizeof(int));
    8250:       e24b300c        sub     r3, fp, #12     ; 0xc
    8254:       e51b0008        ldr       r0, [fp, #-8]
    8258:       e1a01003        mov     r1, r3
    825c:       e3a02004        mov     r2, #4  ; 0x4
    8260:       eb0028be        bl      12560 <__libc_read>


arm对于少于4个参数的变量，使用通用寄存器存储。这里使用了r0, r1, r2。从汇编代码可以看出应用程序函数read跳转到内核_libc_read入口处执行。


过程叙述如下：


read——内核入口（ENTRY）——取NO——查表调用sys_read——vfsread——file_opration——xxx_read



二、字符设备控制技术


1、设备控制理论


1.1、作用


大部分驱动程序除了需要提供读写设备的能力外，还需要具备控制设备的能力。比如：改变波特率。


1.2、应用函数


在用户空间，使用ioctl系统调用来控制设备，原型如下：


int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...)


fd：要控制的设备文件描述符


cmd：发送给设备的控制命令


...：第三个参数是可选的参数，存在与否是依赖于控制命令（第二个参数）


1.3、驱动函数


当应用程序使用ioctl系统调用时，驱动程序将由如下函数来响应：


1:2.6.36之前的内核


long (* ioctl)(struct inode *node, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)


2:2.6.36之后的内核


long (*unlocked_ioctl)(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)


参数cmd:通过应用函数ioctl传递下来的命令


2、设备控制实现


2.1、定义命令


命令从其实质而言就是一个整数，但为了让这个整数具备更好的可读性，我们通常会把这个整数分为介个段（类似于手机号）：类型（8位），序号，参数传送方向，参数长度。


Type（类型/幻数）：表明这是属于哪个设备的命令。


Number（序号），用来区分同一设备的不同命令


Direction：参数传送的方向，可能的值是_IOC_NONE（没有数据传输），_IOC_READ,_IOC_WRITE（向设备写入参数）


Size：参数长度


Linux系统提供了下面的宏来帮助定义命令：


_IO(type, nr):不带参数的命令


_IOR(type, nr, datatype):从设备中读参数的命令


_IOW(type, nr, datatype):向设备写入参数的命令


例：


#define MEM_MAGIC 'm' //定义幻数,这里用字符代替8位二进制，即一个字节。


#define MEM_SET _IOW(MEM_MAGIC, 0, int)


2.2、实现操作


unlocked_ioctl函数的实现通常是根据命令执行一个switch语句。但是，当命令号不能匹配任何一个设备所支持的命令时，返回-EINVAL.


编程模型：


switch cmd


case 命令A:


//执行A对应的操作


case 命令B：


//执行B对应的操作


default：


//return -EINVAL



字符设备控制的实现：


memdev.c 


long mem_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	switch (cmd)
	{
		case MEM_RESTART:
		printk("restart device\n");
		return 0;
		
		case MEM_SET:
		printk("arg is %d\n", arg);
		return 0;
		
		default:
		return -EINVAL;
	}
}
static const struct file_operations memfops =
{
	.llseek = mem_lseek,
	.read = mem_read,
	.write = mem_write,
	.open = mem_open,
	.release = mem_close,
	
	.unlocked_ioctl = mem_ioctl,	
	
};

memdev.h 


#define MEM_MAGIC 'm'
#define MEM_RESTART _IO(MEM_MAGIC, 0)
#define MEM_SET _IOW(MEM_MAGIC, 1, int)

mem_ctl.c 


int main()
{
	int fd;
	fd = open("/dev/memdev0", O_RDWR);
	
	ioctl(fd, MEM_SET, 115200);
	
	ioctl(fd, MEM_RESTART);
	
	return 0;
}