第三章-Linux文件系统与设备文件系统-Linux设备驱动程序-教学课件.ppt

1、设备驱动程序第三章 Linux文件系统与设备文件系统 目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 文件操作的相关系统调用l创建l参数mode指定新建文件的存取权限，它同umask一起决定文件的最终权限l打开lOpen（）函数有两个形式，其中pathname是我们要打开的文件名，flags可以是下表的一个值或者是几个值的组合l如果文件打开成功，open函数会返回一个文件描述符，以后对该文件的所有操作就可以通过对这个文件描述符进行操作来实现文件操作

2、的相关系统调用lO_RDONL、YO_WRONY、O_RDWR这三个标志只能使用任意的一个l如果使用了O_CREATE标志，则使用的函数是后者。这个时候我们还要指定mode标志，用来表示文件的访问权限。Mode可以是下表的值的组合文件操作的相关系统调用l除了可以通过上述宏进行或逻辑产生标志以外，我们也可以自己用数字来表示，Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限：第一位表示设置用户ID，第二位表示设置组ID，第三位表示用户自己的权限位，第四位表示组的权限，第五位表示其他人的权限。每个数字可以取1（执行权限）、2（写权限）、4（读权限）、0（无）或者是这些值的和。文件操作的相关系统调用l读写

3、l函数Write（）实现将把length个字节从buf指向的缓冲区写文件描述符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。l函数read（）实现从文件描述符fd所指定的文件中读取length个字节到buf指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。l以O_CREAT为标志的open函数实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同creat（）函数。文件操作的相关系统调用l定位l该函数将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。l关闭lFd是要关闭的文件描述符C库函数的文件操作lC库函数的文件操作是独立于具体的操作系统平台的，不管是在DO

4、S、Windows、Linux还是在VxWorks中都是这些函数。l创建和打开l读写l关闭目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 Linux文件系统目录结构目录目录内容内容/顶层根目录。其它目录都在这个根目录下顶层根目录。其它目录都在这个根目录下 /bin基本命令可执行文件的存放位置基本命令可执行文件的存放位置 /sbin系统管理类命令可系统管理类命令可执行文件的存放位置执行文件的存放位置 /devdev 是设备是设备(device)的英文缩写。这是个十分重要的目录。它包含了的英文缩写。这是个十分重要的目录。它包含了所有所有Linux系

5、统中使用的外部设备文件。要注意的是这里的设备系统中使用的外部设备文件。要注意的是这里的设备文件不是指设备的驱动程序，而是指访问外部设备的接口文件。文件不是指设备的驱动程序，而是指访问外部设备的接口文件。/usr用户应用程序和文档目录用户应用程序和文档目录 /etc这个目录下存放系统的配置文件。这个目录下存放系统的配置文件。/liblib是库（是库（library）英文缩写。这个目录用于存放系统动态链接库。）英文缩写。这个目录用于存放系统动态链接库。所有动态链接程序都要用到这个目录下的库文件。所有动态链接程序都要用到这个目录下的库文件。/proc这是这是Linux的一个特殊文件系统，主要用于存放

6、内核及进程信息的一个特殊文件系统，主要用于存放内核及进程信息 /tmp临时文件目录，许多程序都需要用到此目录进行读写操作临时文件目录，许多程序都需要用到此目录进行读写操作 /var系统日志和一些服务程序临时文件的存放目录系统日志和一些服务程序临时文件的存放目录Linux文件系统与设备驱动 Linux文件系统与设备驱动l应用程序和VFS之间的接口是系统调用，而VFS与磁盘文件系统以及普通设备之间的接口是file_operations结构体成员函数。l由于字符设备的上层没有磁盘文件系统，所以字符设备的file_operations成员函数就直接由设备驱动提供了，file_operations正是字

7、符设备驱动的核心。l而对于块存储设备而言，ext2、fat、jffs2等文件系统中会实现针对VFS的file_operations成员函数，设备驱动层将看不到file_operations的存在。磁盘文件系统和设备驱动会将对磁盘文件的访问最终转换成对磁盘上柱面和扇区的访问。Linux文件系统与设备驱动lFile结构体l文件结构代表一个打开的文件，系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。l它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。lInode结构体lVFS inode包含文件访问权限、属主、组、大小、

8、生成时间、访问时间、最后修改时间等信息。l从一个inode中获得主设备号和次设备号：Linux文件系统与设备驱动l同一类设备使用相同的主设备号。l查看/dev目录可以获知系统中包含的设备文件。mknod/dev/global_chardev c 254 0 l查看/proc/devices可以获知系统中注册的设备，第1列为主设备号，第2列为设备名。目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 传统方式lint register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_oper

9、ations*fops);l参数说明：major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号，如果为0则系统为此设备动态地分配一个主设备号。name是设备名(将出现在/proc/devices)。l返回值：此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。l如果是动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。如果 register_chrdev操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。在成功地向系统注册了设备驱动程序后(调用register_chrdev(

10、)成功后)，就可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件，其它程序使用这个设备的时候，只要对此特别文件进行操作就行了。lunregister_chrdev(unsigned int major,const char*name);Devfs设备文件系统lDevfs是由Linux2.4内核引入的，具有如下优点：l可以通过程序在设备初始化时在/dev目录下创建设备文件，卸载设备时将它删除l设备驱动程序可以指定设备名、所有者和权限位，用户空间程序仍然可以修改所有者和权限位l不再需要为设备驱动程序分配主设备号以及处理次设备号，在程序中可以直接给register_chrdev()传递0主设备号以动态获

11、得可用的主设备号，并在devfs_register()中指定次设备号Devfs设备文件系统l驱动程序调用下面的函数来进行设备文件的创建和删除工作：l使用Devfs_mk_dir函数在/dev目录下创建设备目录（可代替mknod命令）目录lLinux文件操作 lLinux文件系统 ldevfs设备文件系统 ludev设备文件系统 Udev与Devfs的区别l在Linux2.6内核中，udev取代了devfs，原因如下：lDevfs所做的工作被确信可以在用户态完成l一些bug相当长的时间内未被修复lDevfs的维护者和作者停止了对代码的维护工作lUdev完全在用户态工作，利用设备加入或移除时内核所

12、发送的热插拔事件来工作。l由于udev根据系统中硬件设备的状态动态更新设备文件，进行设备文件的创建和删除等，因此，在使用udev后，/dev目录下就会只包含系统中真正存在的设备。lDevfs与udev的另一个显著区别在于：采用devfs，当一个并不存在的/dev节点被打开的时候，devfs能自动加载对应的驱动，而udev则不能。Sysfs文件系统与Linux设备模型lSysfs文件系统lLinux2.6引入了sysfs文件系统，它是一个虚拟的文件系统，它可以产生一个包括所有系统硬件的层级视图，与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。lSysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级

13、的文件，它们可以由用户空间存取，向用户空间导出内核数据结构及它们的树型。lSysfs的一个目的就是展示设备驱动模型中各组件的层次关系。Sysfs文件系统与Linux设备模型lKobject内核对象lkobject是Linux2.6引入的设备管理机制，在内核中由kobject结构体表示，这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口。每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。lVoid kobject_init(struct kobject*kobj)lInt kobject_set_name(struct kobject*kobj,const char*form

14、at,)lStruct kobject*kobject_get(struct kobject*kobj)lVoid kobject_put(struct kobject*kobj)lInt kobject_register(struct kobject*kobj)lVoid kobject_del(sturct kobject*kobj)lVoid kobject_unregister(struct kobject*kobj)Sysfs文件系统与Linux设备模型lKset内核对象lKobject通常通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject的集合，在内核中用kse

15、t数据结构表示。l包含在kset中的所有kobject被组织成一个双向循环链表。Sysfs文件系统与Linux设备模型lSubsystem内核对象子系统lSubsystem是一系列kset的集合，它描述系统中某一类设备子系统。lLinux设备模型组件l系统中的任一是设备在设备模型中都有一个deivce对象描述。l属性l在bus、device、driver和class层次上都分别定义了其属性结构体，包括bus_attribute、driver_attribute、class_attribute、class_device_attributeUdev的组成lUdev的设计目标：l在用户空间中执行l动

16、态建立/删除设备文件l允许每个都不用关心主/次设备号l提供LSB标准名称l如果需要，可提供固定的名称Udev的组成lUdev的工作过程l当内存检测到在系统中出现了新设备后，内核会在sysfs文件系统中为该新设备生成新的记录并导出一些设备特定的信息及所发生的事情lUdev获取内核导出的信息，它调用namedev决定应该给该设备指定的名称。Udev的组成l在namedev中使用5个步骤来决定指定设备的命名l标签/序号l设备总线号l总线上的拓扑l替换名称l内核提供的名称Udev规则文件lUdev规则文件以行为单位，以“#”开头的行代表注释行。其余的每一行代表一个规则。每个规则分成一个或多个匹配和赋值

17、部分。匹配部分用匹配专用的关键字来表示，相应的赋值部分用赋值专用的关键字来表示。l匹配关键字包括：ACTION、KERNEL、BUS、SYSFS、SUBSYSTEM等。赋值关键字包括：NAME、SYMLINK、OWNER、GROUP、IMPORT等。创建和配置udevlUdev包括udev、udevcontrol、udevd、udevsend、udevmonitor、udevsettle、udevstart、udevinfo、udevtest和udevtrigger等处于用户空间的程序。l在嵌入式系统中，只需要udevd和udevstart就能使udev工作。我们可以按照下面的步骤来生成和配置udevl从网站上下载udev程序l运行tar zxvf udev-114.tar.gz命令解压缩udev程序包l运行make编译udevl把第3步生成的工具程序复制到/sbin目录，同时把解压缩udev-114.tar.gz后获得的etc目录下的udev目录复制到系统的/etc下l编写完成启动、停止、重新启动等工作的udev脚本