Linux驱动子系统简介-猿码集

1. 简介

Linux驱动子系统是指在Linux操作系统中负责管理和控制硬件设备的一系列驱动程序框架。

2. 驱动程序框架

2.1 内核空间与用户空间

Linux驱动子系统将驱动程序分为两类：位于内核空间的核心驱动和位于用户空间的用户驱动。核心驱动负责与硬件设备直接交互，而用户驱动则提供一个接口供上层应用程序访问设备。

2.2 驱动程序模型

Linux驱动子系统采用了一种统一的驱动程序模型，即字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动。每一种驱动程序模型都有相应的框架，使得驱动程序可以相对独立地开发和维护。

3. 字符设备驱动

3.1 简介

字符设备驱动是负责管理字符设备（如串口、打印机）的驱动程序。字符设备驱动框架提供了一套标准的API，使得开发者可以很方便地编写字符设备驱动。

3.2 驱动程序开发

驱动程序开发主要包括以下几个步骤：

定义设备

实现文件操作函数

注册设备

编译和加载模块

其中，定义设备是指在驱动程序中定义设备的相关信息，如设备名、设备号等。实现文件操作函数是指实现驱动程序中的open、read、write等函数，用于响应上层应用程序的请求。注册设备是指将设备注册到系统中，使得系统能够识别和使用该设备。


static int __init hello_init(void)
{
    int ret;
    ret = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "hello");
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate device number\n");
        return ret;
    }
    cdev_init(&hello_cdev, &fops);
    hello_cdev.owner = THIS_MODULE;
    ret = cdev_add(&hello_cdev, dev, 1);
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to add character device\n");
        unregister_chrdev_region(dev, 1);
        return ret;
    }
    printk(KERN_INFO "Successfully added character device\n");
    return 0;
}

以上代码演示了一个字符设备驱动的初始化函数，包括设备分配、字符设备结构初始化、设备注册等步骤。

4. 块设备驱动

4.1 简介

块设备驱动是负责管理块设备（如硬盘、闪存）的驱动程序。块设备驱动框架提供了一套标准的接口，使得开发者可以轻松地编写块设备驱动。

4.2 驱动程序开发

块设备驱动的开发过程与字符设备驱动类似，主要包括定义设备、实现文件操作函数、注册设备等步骤。不同之处在于，块设备驱动还需要实现一些特定的函数，如提交请求函数和中断处理函数。


static int hello_block_init(void)
{
    int ret;
    ret = register_blkdev(0, "hello_blk");
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register block device\n");
        return ret;
    }
    hello_blk_queue = blk_init_queue(hello_block_request, NULL);
    if (!hello_blk_queue) {
        printk(KERN_ERR "Failed to initialize block queue\n");
        unregister_blkdev(DEV_MAJOR, "hello_blk");
        return -EIO;
    }
    hello_blk_disk = alloc_disk(1);
    if (!hello_blk_disk) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate block disk\n");
        blk_cleanup_queue(hello_blk_queue);
        unregister_blkdev(DEV_MAJOR, "hello_blk");
        return -EIO;
    }
    strcpy(hello_blk_disk->disk_name, "hello_blk");
    hello_blk_disk->major = DEV_MAJOR;
    hello_blk_disk->first_minor = 0;
    hello_blk_disk->fops = &hello_blk_fops;
    hello_blk_disk->queue = hello_blk_queue;
    add_disk(hello_blk_disk);
    printk(KERN_INFO "Successfully added block device\n");
    return 0;
}

以上代码演示了一个块设备驱动的初始化函数，包括设备注册、块队列初始化、块磁盘分配等步骤。

5. 网络设备驱动

5.1 简介

网络设备驱动是负责管理网络设备（如网卡）的驱动程序。网络设备驱动框架提供了一套标准的API，使得开发者可以方便地编写网络设备驱动。

5.2 驱动程序开发

网络设备驱动的开发过程包括以下几个步骤：

申请和初始化网络设备结构

实现网络设备驱动函数

注册网络设备

编译和加载模块


int hello_netdev_init(void)
{
    int ret;
    hello_netdev = alloc_netdev(0, "hello_net", NET_NAME_UNKNOWN, hello_netdev_setup);
    if (!hello_netdev) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate net device\n");
        return -ENOMEM;
    }
    ret = register_netdev(hello_netdev);
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register net device\n");
        free_netdev(hello_netdev);
        return ret;
    }
    printk(KERN_INFO "Successfully added network device\n");
    return 0;
}

以上代码演示了一个网络设备驱动的初始化函数，包括网络设备分配、设备注册等步骤。

6. 总结

Linux驱动子系统是Linux操作系统中负责管理和控制硬件设备的关键组成部分。本文介绍了Linux驱动子系统的基本概念和驱动程序模型，并详细阐述了字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动的开发过程。通过对这些内容的学习，读者可以更好地理解和应用Linux驱动子系统。

Linux驱动子系统简介