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Linux是一個開放源代碼的操作系統(tǒng)，它給開發(fā)者提供了許多強大的工具和框架，方便他們開發(fā)驅(qū)動程序、系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等各種應(yīng)用程序。其中，驅(qū)動程序是Linux系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分，因為它控制硬件設(shè)備的輸入和輸出，與內(nèi)核交互，負責(zé)從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)和向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)。
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在Linux中，文件I/O是一種非常常見和實用的操作，因為它使應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)讀取和寫入數(shù)據(jù)。而Linux驅(qū)動程序就可以通過文件I/O API和文件系統(tǒng)交互，實現(xiàn)對設(shè)備的讀寫操作。這篇文章將主要介紹文件讀寫操作在Linux驅(qū)動程序中的應(yīng)用。
1.文件I/O API簡介
對于Linux驅(qū)動程序，文件I/O API是一個非常重要的接口，它提供了諸如open、close、read、write、ioctl等函數(shù)，這些函數(shù)是文件句柄的一部分，并且可以與用戶進程進行交互。下面簡單介紹一下這些API函數(shù)的作用：
1.1. open函數(shù)
open函數(shù)是用于打開文件的函數(shù)，其定義為int open(const char *path, int flags, mode_t mode)。在Linux中，每一個進程都有一個類似于文件句柄的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，叫做文件描述符。open函數(shù)在打開文件時會返回一個文件描述符，這個文件描述符是用戶進程與內(nèi)核之間聯(lián)系的唯一標識符。在驅(qū)動程序中，開發(fā)者可以通過open函數(shù)打開設(shè)備，并且跟蹤該設(shè)備的狀態(tài)。
1.2. close函數(shù)
close函數(shù)是用于關(guān)閉文件、釋放文件描述符的函數(shù)，其定義為int close(int fd)。close函數(shù)在完成驅(qū)動程序?qū)υO(shè)備的操作之后，用于關(guān)閉設(shè)備，釋放相關(guān)資源。這個函數(shù)的調(diào)用會引起驅(qū)動程序中的close函數(shù)處理，從而完成對設(shè)備的關(guān)閉操作。
1.3. read函數(shù)
read函數(shù)是用于從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)，其定義為ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)。在驅(qū)動程序中，開發(fā)者可以通過read函數(shù)讀取從設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。在調(diào)用read函數(shù)時，內(nèi)核會將各個請求進行合并，以減少內(nèi)核調(diào)用的次數(shù)，從而提高I/O性能。
1.4. write函數(shù)
write函數(shù)是用于向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)的函數(shù)，其定義為ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)。在驅(qū)動程序中，開發(fā)者可以通過write函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入設(shè)備中，以實現(xiàn)對設(shè)備的控制。當調(diào)用write函數(shù)時，內(nèi)核會將數(shù)據(jù)緩存，并且在idle時段將數(shù)據(jù)寫入設(shè)備。
1.5. ioctl函數(shù)
ioctl函數(shù)是用于進行設(shè)備控制的函數(shù)，其定義為int ioctl(int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg)。在開發(fā)驅(qū)動程序時，開發(fā)者可以使用ioctl函數(shù)直接進行設(shè)備控制，這樣能夠方便地實現(xiàn)自定義操作。ioctl函數(shù)不是標準的POSIX函數(shù)，因此它具有不同的命名空間，不同的ioctl命令需要采用不同的編號空間。
2.示例：LED驅(qū)動程序
現(xiàn)在，我們來看一個具體的例子：LED驅(qū)動程序。這個驅(qū)動程序中，我們可以通過文件I/O操作控制LED的開關(guān)，讓它一直處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)。
2.1. 設(shè)備注冊和初始化
在Led驅(qū)動程序中，我們需要對設(shè)備進行注冊并且進行設(shè)備初始化。在驅(qū)動程序中，設(shè)備注冊是通過設(shè)備模型實現(xiàn)的，也就是說，我們需要注冊設(shè)備模型，然后再注冊設(shè)備。在驅(qū)動程序中，設(shè)備結(jié)構(gòu)體包含了設(shè)備相關(guān)的所有屬性，這樣就可以讓驅(qū)動程序與應(yīng)用程序進行交互。
2.2. 設(shè)備打開和關(guān)閉操作
設(shè)備打開和關(guān)閉操作是針對應(yīng)用程序，提供了與驅(qū)動程序交互的接口。在打開設(shè)備時，可以使用open函數(shù)，同樣，在關(guān)閉設(shè)備時，可以使用close函數(shù)，在這些函數(shù)中，開發(fā)者可以實現(xiàn)一些特定的操作，例如在打開設(shè)備時，可以執(zhí)行一些初始化操作，而關(guān)閉設(shè)備時，可以進行一些善后工作。
2.3. 數(shù)據(jù)讀取和寫入操作
數(shù)據(jù)讀取和寫入操作是我們在驅(qū)動程序中經(jīng)常使用的操作，通過這些操作，我們可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。在讀取設(shè)備數(shù)據(jù)時，可以使用read函數(shù)，而在向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)時，可以使用write函數(shù)，這樣就能實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。同時，在實現(xiàn)LED驅(qū)動程序的過程中，開發(fā)者還可以使用ioctl函數(shù)控制設(shè)備狀態(tài)。
3.結(jié)論
在Linux驅(qū)動程序中，文件讀寫操作是一個非常常用，實用的操作。它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和控制設(shè)備狀態(tài)。在Linux中，有許多基礎(chǔ)API可以執(zhí)行文件讀寫操作，例如open、close、read、write和ioctl函數(shù)。通過這些函數(shù)，驅(qū)動程序可以更加方便地控制設(shè)備，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在開發(fā)驅(qū)動程序時，我們可以利用這些API，從而更好地實現(xiàn)各種功能。特別是在一些Linux內(nèi)核模塊和驅(qū)動程序中，文件讀寫操作是不可或缺的，因此需要對其進行深入了解。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 如何系統(tǒng)的學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動開發(fā)
如何系統(tǒng)的學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動開發(fā)
可以讀讀內(nèi)核源碼，比如說minix。你看的那本書還不錯，還有一本“設(shè)備驅(qū)動程序”，好像是電力出版社的。另外你可以搞兩臺虛擬機試著做做東西，寫程序經(jīng)驗和感覺都很重要。
個人感覺書還是要紙質(zhì)的書，確實如此，網(wǎng)上下的東西，看起來總覺得力不從心。
我個人的感覺是有興趣內(nèi)核源碼要研究一下，很有幫助。另外有時候?qū)憱|西對概念的理解很重要，VC其實也不錯，因為現(xiàn)在會VC的人越來越少了，我曾經(jīng)做過一段時間，那是n年前的事情了，因為一直做Linux和JAVA，現(xiàn)在已經(jīng)徹底丟了，我們是做設(shè)備的，LInux，windows都需要做驅(qū)動，我們一直招這種人招不到，即使招到也是做應(yīng)用的。
在學(xué)習(xí)之前一直對驅(qū)動開發(fā)非常的陌生，感覺有點神秘。不知道驅(qū)動開發(fā)和普通的程序開發(fā)究竟有什么不同；它的基本框架又是什么樣的；他的開發(fā)環(huán)境有什么特殊的地方；以及怎么寫編寫一個簡單的字符設(shè)備驅(qū)動前編譯加載，下面我就對這些問題一個一個的介紹。
一、驅(qū)動的基本框架
1． 那么究竟什么是驅(qū)動程序，它有什么用呢:
l 驅(qū)動是硬件設(shè)備與應(yīng)用程序之間的一個中間軟件層
l 它使得某個特定硬件能夠響應(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)
l 用戶通過一組與具體設(shè)備無關(guān)的標準化的調(diào)用來完成相應(yīng)的操作
l 驅(qū)動程序的任務(wù)就是把這些標準化的系統(tǒng)調(diào)用映射到具體設(shè)備對于實際硬件的特定操作上
l 驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，可以使用中斷、DMA等操作
l 驅(qū)動程序在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間傳遞數(shù)據(jù)
2． Linux驅(qū)動的基本框架
3． Linux下設(shè)備驅(qū)動程序的一般可以分為以下三類
1)字符設(shè)備
a)所有能夠象字節(jié)流一樣訪問的設(shè)備都通過字符設(shè)備來實現(xiàn)
b)它們被映射為文件系統(tǒng)中的節(jié)點，通常在/dev/目錄下面
c)一般要包含open read write close等系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)
2)塊設(shè)備
d)通常是指諸如磁盤、內(nèi)存、Flash等可以容納文件系統(tǒng)的存儲設(shè)備。
e)塊設(shè)備也是通過文件系統(tǒng)來訪問，與字符設(shè)備的區(qū)別是：內(nèi)核管理數(shù)據(jù)的方式不同
f)它允許象字符設(shè)備一樣以字節(jié)流的方式來訪問，也可一次傳遞任意多的字節(jié)。
3)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備
g)通常它指的是硬件設(shè)備，但有時也可能是一個軟件設(shè)備(如回環(huán)接口loopback)，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。
h)它們的數(shù)據(jù)傳送往往不是面向流的，因此很難將它們映射到一個文件系統(tǒng)的節(jié)點上。
二、怎么搭建一個驅(qū)動的開發(fā)環(huán)境
因為驅(qū)動是要編譯進內(nèi)核,在啟動內(nèi)核時就會驅(qū)動此硬件設(shè)備；或者編譯生成一個.o文件, 當應(yīng)用程序需要時再動態(tài)加載進內(nèi)核空間運行。因此編譯任何一個驅(qū)動程序都要鏈接到內(nèi)核的源碼樹。所以搭建環(huán)境的之一步當然是建內(nèi)核源碼樹
1.怎么建內(nèi)核源碼樹
a) 首先看你的系統(tǒng)有沒有源碼樹，在你的/lib/ modules目錄下會有內(nèi)核信息，比如我當前的系統(tǒng)里有兩個版本：
#ls /lib/ modules
2.6.15-rc7 2.6.21-1.3194.fc7
查看其源碼位置:
## ll /lib/modules/2.6.15-rc7/build
lrwxrwxrwx 1 root root 19:19 /lib/modules/2.6.15-rc7/build -> /root/xkli/linux-2.6.15-rc7
發(fā)現(xiàn)build是一個鏈接文件，其所對應(yīng)的目錄就是源碼樹的目錄。但現(xiàn)在這里目標目錄已經(jīng)是無效的了。所以得自己重新下載
b)下載并編譯源碼樹
有很多網(wǎng)站上可以下載，但官方網(wǎng)址是：
下載完后當然就是解壓編譯了
# tar –xzvf linux-2.6.16.54.tar.gz
#cd linux-2.6.16.54
## make menuconfig (配置內(nèi)核各選項,如果沒有配置就無法下一步編譯，這里可以不要改任何東西)
#make
…
如果編譯沒有出錯。那么恭喜你。你的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)搭建好了
三、了解驅(qū)動的基本知識
1.設(shè)備號
1)什么是設(shè)備號呢？我們進系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備來講解就清楚了：
#ls -l /dev/
crwxrwxrwx 1 root root 1,1 16:36 null
crwroot root 4,1 16:35 systty
crw-rw-rw- 1 root tty,1 16:36 tty
crw-rwroot tty,1 16:35 tty0
在日期前面的兩個數(shù)（如之一列就是1,3）就是表示的設(shè)備號，之一個是主設(shè)備號，第二個是從設(shè)備號
2)設(shè)備號有什么用呢？
l 傳統(tǒng)上, 主編號標識設(shè)備相連的驅(qū)動. 例如, /dev/null 和 /dev/zero 都由驅(qū)動 1 來管理, 而虛擬控制臺和串口終端都由驅(qū)動 4 管理
l 次編號被內(nèi)核用來決定引用哪個設(shè)備. 依據(jù)你的驅(qū)動是如何編寫的自己區(qū)別
3)設(shè)備號結(jié)構(gòu)類型以及申請方式
l 在內(nèi)核中, dev_t 類型(在 中定義)用來持有設(shè)備編號, 對于 2.6.0 內(nèi)核, dev_t 是 32 位的量, 12 位用作主編號, 20 位用作次編號.
l 能獲得一個 dev_t 的主或者次編號方式：
MAJOR(dev_t dev); //主要
MINOR(dev_t dev);//次要
l 但是如果你有主次編號, 需要將其轉(zhuǎn)換為一個 dev_t, 使用: MKDEV(int major, int minor);
4)怎么在程序中分配和釋放設(shè)備號
在建立一個字符驅(qū)動時需要做的之一件事是獲取一個或多個設(shè)備編號來使用. 可以達到此功能的函數(shù)有兩個：
l一個是你自己事先知道設(shè)備號的
register_chrdev_region, 在 中聲明:
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
first 是你要分配的起始設(shè)備編號. first 的次編號部分常常是 0,count 是你請求的連續(xù)設(shè)備編號的總數(shù). name 是應(yīng)當連接到這個編號范圍的設(shè)備的名子; 它會出現(xiàn)在 /proc/devices 和 sysfs 中.
l第二個是動態(tài)動態(tài)分配設(shè)備編號
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);
使用這個函數(shù), dev 是一個只輸出的參數(shù), 它在函數(shù)成功完成時持有你的分配范圍的之一個數(shù). fisetminor 應(yīng)當是請求的之一個要用的次編號; 它常常是 0. count 和 name 參數(shù)如同給 request_chrdev_region 的一樣.
5)設(shè)備編號的釋放使用
不管你是采用哪些方式分配的設(shè)備號。使用之后肯定是要釋放的，其方式如下：
void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);
6)
2.驅(qū)動程序的二個最重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
1)file_operation
倒如字符設(shè)備scull的一般定義如下：
struct file_operations scull_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = scull_llseek,
.read = scull_read,
.write = scull_write,
.ioctl = scull_ioctl,
.open = scull_open,
.release = scull_release,
};
file_operation也稱為設(shè)備驅(qū)動程序接口
定義在 , 是一個函數(shù)指針的. 每個打開文件(內(nèi)部用一個 file 結(jié)構(gòu)來代表)與它自身的函數(shù)相關(guān)連( 通過包含一個稱為 f_op 的成員, 它指向一個 file_operations 結(jié)構(gòu)). 這些操作大部分負責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用, 因此, 命名為 open, read, 等等
2)File
定義位于include/fs.h
struct file結(jié)構(gòu)與驅(qū)動相關(guān)的成員
lmode_t f_mode 標識文件的讀寫權(quán)限
lloff_t f_pos當前讀寫位置
lunsigned int_f_flag 文件標志，主要進行阻塞/非阻塞型操作時檢查
lstruct file_operation * f_op 文件操作的結(jié)構(gòu)指針
lvoid * private_data 驅(qū)動程序一般將它指向已經(jīng)分配的數(shù)據(jù)
lstruct dentry* f_dentry 文件對應(yīng)的目錄項結(jié)構(gòu)
3.字符設(shè)備注冊
1)內(nèi)核在內(nèi)部使用類型 struct cdev 的結(jié)構(gòu)來代表字符設(shè)備. 在內(nèi)核調(diào)用你的設(shè)備操作前, 必須編寫分配并注冊一個或幾個這些結(jié)構(gòu). 有 2 種方法來分配和初始化一個這些結(jié)構(gòu).
l如果你想在運行時獲得一個獨立的 cdev 結(jié)構(gòu),可以這樣使用:
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &my_fops;
l如果想將 cdev 結(jié)構(gòu)嵌入一個你自己的設(shè)備特定的結(jié)構(gòu); 你應(yīng)當初始化你已經(jīng)分配的結(jié)構(gòu), 使用:
void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
2)一旦 cdev 結(jié)構(gòu)建立, 最后的步驟是把它告訴內(nèi)核, 調(diào)用:
int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);
說明：dev 是 cdev 結(jié)構(gòu), num 是這個設(shè)備響應(yīng)的之一個設(shè)備號, count 是應(yīng)當關(guān)聯(lián)到設(shè)備的設(shè)備號的數(shù)目. 常常 count 是 1, 但是有多個設(shè)備號對應(yīng)于一個特定的設(shè)備的情形.
3)為從系統(tǒng)去除一個字符設(shè)備, 調(diào)用:
void cdev_del(struct cdev *dev);
4.open 和 release
無根之木不活，無基之樓不立，無論是學(xué)習(xí)哪個領(lǐng)域知識，基礎(chǔ)是重中之重。
針對學(xué)習(xí)linux驅(qū)動，我們來仔細談?wù)劊?/p>
個人認為C語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是重中之重！Linux系統(tǒng)更優(yōu)秀的地方就在于內(nèi)核。無論是進程調(diào)度，內(nèi)存管理，還是數(shù)據(jù)的組織形式，而這些算法的基礎(chǔ)就是一個高效而精簡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，紅黑樹也好，內(nèi)核鏈表也好，看不懂C語言，搞不清數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基本上談不上做驅(qū)動。基礎(chǔ)不扎實不要談上層建筑，資源不全面就不要談合作，很簡單的道理。
假設(shè)樓主的C語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是勉強過關(guān)的（分得清指針函數(shù)函數(shù)指針，能夠熟練自定義鏈表并進行增刪改查等鏈表或樹的算法重組）。我們來談下一個階段，讓我們對類Unix系統(tǒng)的基本操作有一個基本的了解，打開文件，切換路經(jīng)，更改個密碼，填個用戶什么的。
接下來我們來談驅(qū)動，做驅(qū)動就得有做驅(qū)動的樣子，不知道樓主之前玩過裸板51或者AVR沒有，如果沒有，盡快搞通，資源很多，跟著人家把電平配一遍，來個矩陣鍵盤，組個跑馬燈，有成就感的同時也打下了硬件基礎(chǔ)，好處大大滴。
基于操作系統(tǒng)的驅(qū)動，即必須了解內(nèi)核對驅(qū)動程序的管理方法，怎樣劃分一個具體的設(shè)備，是字符型？塊設(shè)備？還是別的什么，或者從總線的角度來劃分一個設(shè)備，i2c也好，USB也罷，還是數(shù)據(jù)地址控制這么一個三總線形式，都是有必要掌握的東西。
上升到應(yīng)用，任何一個實踐項目中很難會有一個板子讓你從零開始寫驅(qū)動，百分之九十九是拿來改，這就是一個熟練的過程，做到一定多的東西，就會下意識地覺得，這個地方可能會有問題，我需要留意一下。
總結(jié)一下，驅(qū)動工程師其實也是一種硬件翻譯型工程師，其任務(wù)就是看懂手冊上的表格，然后體現(xiàn)在代碼里面?？陀^地說，我們這個行業(yè)門檻較高，隊友較少，不過等到真正入門之后，那種成就感是無與倫比的。
做嵌入式應(yīng)用的話一般的編程就可以了。那么嵌入式驅(qū)動開發(fā)與內(nèi)核開發(fā)的話就需要學(xué)習(xí)多個方面的知識。我就把這方面的要求給你交流一下：
（一家之言啊，自己多年從事嵌入式開發(fā)的一點感悟）
嵌入式驅(qū)動開發(fā)需要了解的知識大概有以下幾類：
1 嵌入式操作系統(tǒng)驅(qū)動框架。每一個操作系統(tǒng)都有自己的構(gòu)架，應(yīng)該了解驅(qū)動在整個系統(tǒng)中的具置與構(gòu)建驅(qū)動程序的主要事項
2 總線知識，比如PCI、USB總線。
3 芯片知識。驅(qū)動其實就是對設(shè)備上一些寄存器的配置、CPU與設(shè)備本身的通訊以及對不同命令的處理
4 要做好驅(qū)動，必須對所使用的CPU體系結(jié)構(gòu)有一個比較深刻的認識
5 C++基本用不上，主要是C和匯編。
6 做驅(qū)動更好要懂內(nèi)核調(diào)試（比如說linux）
先熟悉module的使用和編寫
一、什么是module
從名字上看就是模塊的意思，我個人的理解就是一個一個的小程序，可以進行動態(tài)的安裝和卸載，而在這里面就實現(xiàn)一些功能，其中驅(qū)動就是在module中。
二、編寫一個最簡單的module
編寫一個最簡單的module只需要兩個文件即可：Makefile和xxx.c
（1）Makefile
1 #ubuntu的內(nèi)核源碼樹，如果要編譯在ubuntu中安裝的模塊就打開這2個 2 #KERN_VER = $(shell uname -r) 3 #KERN_DIR = /lib/modules/$(KERN_VER)/build
6 #開發(fā)板的linux內(nèi)核的源碼樹目錄 7 KERN_DIR = /root/3288_5.1/kernel
8 9 obj-m += module_test.o10 11 all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
13 14 .PHONY: clean
15 clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
在上面的Makefile中，最核心的一句就是make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
這句話的意思就是進入到kernel的源碼目錄中，使用內(nèi)核源碼中的編譯規(guī)格來進行編譯這個模塊。
其目的主要是為了將module和kernel保持一致，在加載module時就不會出錯。
（2）module_test.c
1 #include// module_init module_exit 2 #include// __init __exit 3 4 // 模塊安裝函數(shù) 5 static int __init chrdev_init(void) 6 {
7 printk(KERN_INFO “chrdev_init helloworld init\n”);return 0;10 }11 12 // 模塊卸載函數(shù)13 static void __exit chrdev_exit(void)14 {printk(KERN_INFO “chrdev_exit helloworld exit\n”);16 }17 18 module_init(chrdev_init);19 module_exit(chrdev_exit);20 21 // MODULE_xxx這種宏作用是用來添加模塊描述信息22 MODULE_LICENSE(“GPL”); // 描述模塊的許可證23 MODULE_AUTHOR(“xuan”); // 描述模塊的作者24 MODULE_DESCRIPTION(“module test”); // 描述模塊的介紹信息25 MODULE_ALIAS(“alias xxx”);// 描述模塊的別名信息
（3）編譯和安裝module
進入到代碼的文件夾中，輸入：make
然后，將生成的.ko文件放到平臺中，輸入：inod xxx.ko
根據(jù)這個思路去學(xué)習(xí)
建議在看看這本書《Linux就該這么學(xué)》
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