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Linux内核设备驱动之高级字符设备驱动笔记整理

作者:Engineer-Bruce_Yang

今天小编就为大家分享一篇关于Linux内核设备驱动之高级字符设备驱动笔记整理,小编觉得内容挺不错的,现在分享给大家,具有很好的参考价值,需要的朋友一起跟随小编来看看吧
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 * 高级字符设备驱动
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(1)ioctl

除了读取和写入设备外,大部分驱动程序还需要另外一种能力,即通过设备驱动程序执行各种类型的硬件控制。比如弹出介质,改变波特率等等。这些操作通过ioctl方法支持,该方法实现了同名的系统调用。

在用户空间,ioctl系统调用的原型是:

驱动程序的ioctl方法原型和用户空间的版本有一些不同:

int (*ioctl) (struct inode *inode,    
      struct file *filp, 
      unsigned int cmd,
      unsigned long arg);
inode/filp: 对应用户空间的fd
cmd: 对应用户空间传来的cmd
arg: 对应传来的cmd参数

大多数ioctl的实现中都包括一个switch语句,用于根据cmd参数选择对应的操作。用户空间和内核空间的命令号要一致。

(2)选择ioctl的命令号

在编写ioctl的代码之前,要选择对应不同命令的编号。不能简单地从0或1开始选择编号,因为linux要求这个命令号应该在系统范围内唯一。linux内核采用约定方法为驱动程序选择ioctl号,可以参考include/asm/ioctl.h和Documentation/ioctl-number.txt。

一个ioctl号为32位,linux将其分成4个部分,构建一个ioctl号码所需要的宏都定义在<linux/ioctl.h>:

可以采用<linux/ioctl.h>中的宏构建一个ioctl号

返回值

对于系统调用来说,正的返回值是首保护的,而负值被认为是一个错误,并被用来设置用户空间的error变量。如果在调用ioctl方法时传入了没有定义的ioctl号,则系统返回的错误值为-ENVAL和-ENOTTY

(3)阻塞和非阻塞型操作

对于read和write等操作,默认的操作是阻塞型的,其特性是:

*如果一个进程调用了read但还没有数据可读,则此进程必须阻塞。数据到达时进程被唤醒,并把数据返回给调用者,即使数据数目少于count参数指定的数据也会返回。

*如果一个进程调用了write但缓冲区没有空间,则此进程必须阻塞,而且必须休眠在与读进程不同的等待队列上。当向硬件设备写入一些数据,从而腾出了部分输出缓冲区后,进程即被唤醒,write调用成功。

有时我们希望改变这一特性,将其改为非阻塞型的,这样,无论设备是否有数据可读写,read/write方法都马上返回。

如果希望设定某个文件是非阻塞的,则应设定filp->f_flags的O_NONBLOCK标志。处理非阻塞型文件时,应用程序调用stdio函数必须非常小心,因为很容易把一个非阻塞型的返回误认为是EOF,所以必须始终检查errno。

(4)异步通知

a.异步通知的作用

大多数时候阻塞型和非阻塞型操作的组合以及select方法可以有效查询设备,但有时候用这种技术效率就不高了。在面对某些随机或很少出现的情况时(如通过键盘输入CTRL+C),则需要采用异步通知(asynchronous notification)。

b.用户空间程序如何启动异步通知

为了启动文件的异步通知机制,用户程序必须执行两个步骤:

(5)驱动程序中如何实现异步通知

a.用户空间操作在内核的对应

b.在设备结构体中加入fasync_struct的指针

该结构在<linux/fs.h>中定义:

struct fasync_struct {
int magic;
int fa_fd;
struct fasync_struct *fa_next;
struct file *fa_file;
};

c.驱动要调用的两个函数

这两个函数在<linux/fs.h>中声明。

定义在/fs/fcntl.c中。

原型如下:

当一个打开文件的FASYNC标志被修改,调用fasync_helper以便从相关的进程列表中增加或删除文件,而kill_fasync在数据到达时通知所有相关进程。

d.例子

01.在设备类型中定义fasync_struct动态数据结构

struct my_pipe {
  struct fasync_struct *async_queue; /* 异步读取结构 */
......
};

02.驱动中的fasync函数调用fasync_helper

int my_fasync(fasync_file fd, struct file *filp, int mode)
{
  my_pipe *dev = filp->private_data;
  return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);
}

03.符合异步通知条件时调用kill_fasync

异步通知的是一个读进程,所以要用write发送kill_fasync。

调用kill_fasync向所有注册在设备上的异步队列async_queue中的进程发送信号SIGIO。

ssize_t my_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count,
        loff_t *f_pos)
{
......
if (dev->async_queue)
    kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); 
    ......
}

04.关闭文件时必须调用fasync方法

当关闭文件时必须调用fasync方法,以便从活动的异步读进程列表中删除该文件。

在release中调用:scull_p_fasync(-1, filp, 0);

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对脚本之家的支持。如果你想了解更多相关内容请查看下面相关链接

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