01模块驱动实验基本原理分析.doc

内核驱动设计入门－模块方式驱动实验 一、实验目的 学习在LINUX下进行驱动设计的原理 掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程 二、实验内容 在PC机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现,分析并理解驱动与应用程序的交互过程。 三、预备知识 有C语言基础。 掌握在Linux下常用编辑器的使用。 掌握Makefile 的编写和使用。 掌握Linux下的程序编译与交叉编译过程。 有驱动开发的基本知识。 四、实验设备及工具 硬件：PC机Pentium 500以上, 硬盘40G以上,内存大于128M。 软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0 ＋MINICOM ＋ AMR-LINUX开发环境 五、实验原理 Linux中的驱动设计是嵌入式Linux开发中十分重要的部分，它要求开发者不仅要熟悉Linux的内核机制、驱动程序与用户级应用程序的接口关系、考虑系统中对设备的并发操作等等，而且还要非常熟悉所开发硬件的工作原理。这对驱动开发者提出了比较高的要求，这个实验主要是给大家进入驱动设计提供一个简单入门的一个实例，并不需要提供太多与硬件相关的内容，这部分应该是通过仔细阅读芯片厂家提供的资料来解决。 驱动程序的作用是应用程序与硬件之间的一个中间软件层，驱动程序应该为应用程序展现硬件的所有功能，不应该强加其他的约束，对于硬件使用的权限和限制应该由应用程序层控制。但是有时驱动程序的设计是跟所开发的项目相关的，这时就可能在驱动层加入一些与应用相关的设计考虑，主要是因为在驱动层的效率比应用层高，同时为了项目的需要可能只强化或优化硬件的某个功能，而弱化或关闭其他一些功能；到底需要展现硬件的哪些功能全都由开发者根据需要而定。驱动程序有时会被多个进程同时使用，这时我们要考虑如何处理并发的问题，就需要调用一些内核的函数使用互斥量和锁等机制。 驱动程序主要需要考虑下面三个方面：提供尽量多的选项给用户，提高驱动程序的速度和效率，尽量使驱动程序简单，使之易于维护。 Linux的驱动开发调试有两种方法，一种是直接编译到内核，再运行新的内核来测试；二是编译为模块的形式，单独加载运行调试。第一种方法效率较低，但在某些场合是唯一的方法。模块方式调试效率很高，它使用insmod工具将编译的模块直接插入内核，如果出现故障，可以使用rmmod从内核中卸载模块。不需要重新启动内核，这使驱动调试效率大大提高。我们的实验在PC机和UP-NETARM2410-S上都可以运行，编译时使用不同的编译器就可以了。 1.驱动程序与应用程序的区别 应用程序一般有一个main函数，从头到尾执行一个任务；驱动程序却不同，它没有main函数，通过使用宏module_init(初始化函数名); 将初始化函数加入内核全局初始化函数列表中，在内核初始化时执行驱动的初始化函数，从而完成驱动的初始化和注册，之后驱动便停止等待被应用软件调用。驱动程序中有一个宏moudule_exit(退出处理函数名)注册退出处理函数。它在驱动退出时被调用。 应用程序可以和GLIBC库连接，因此可以包含标准的头文件，比如stdio.h stdlib.h,在驱动程序中是不能使用标准C库的，因此不能调用所有的C库函数，比如输出打印函数只能使用内核的printk函数，包含的头文件只能是内核的头文件，比如linux/module.h。 2.内核版本与编译器的版本依赖 当模块与内核链接时，insmod会检查模块和当前内核版本是否匹配，每个模块都定义了版本符号__module_kernel_version,这个符号位于模块文件的ELF头的.modinfo段中。只要在模块中包含linux/module.h，编译器就会自动定义这个符号。 每个内核版本都需要特定版本的编译器的支持，高版本的编译器并不适合低版本的内核，比如UP-NETARM2410-S实验仪中的LINUX-2.4.19的内核需要2.95.3的GCC版本编译器。Linux-2.4版本的insmod 命令装载模块时，首先从/lib/modules目录和内核相关的子目录中查找模块文件，如果需要从当前目录装载，使用insmod module.o。 3.主设备号和次设备号 传统方式中的设备管理中,除了设备类型外,内核还需要一对称作主次设备号的参数,才能唯一标识一个设备。主设备号相同的设备使用相同的驱动程序，次设备号用于区分具体设备的实例。比如PC机中的IDE设备，一般主设备号使用3，WINDOWS下进行的分区，一般将主分区的次设备号为1，扩展分区的次设备号为2、3、4，逻辑分区使用5、6….。 设备操作宏MAJOR()和MINOR()可分别用于获取主次设备号，宏MKDEV()用于将主设备号和次设备号合并为设备号，这些宏定义在include/linux/