字符設(shè)備驅(qū)動(dòng) 架構(gòu)分析

xpl

好長(zhǎng)時(shí)間沒怎么看書了,最近把字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)部分又復(fù)習(xí)了一下,寫個(gè)筆記.


Char Device Driver

相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct cdev {
        struct kobject kobj;
        struct module *owner;
        const struct file_operations *ops;
        struct list_head list;
        dev_t dev;
        unsigned int count;
};


struct kobj_map {
        struct probe {
                struct probe *next;
                dev_t dev;
                unsigned long range;
                struct module *owner;
                kobj_probe_t *get;
                int (*lock)(dev_t, void *);
                void *data;
        } *probes[255];
        struct mutex *lock;
};


static struct char_device_struct {
        struct char_device_struct *next;
        unsigned int major;
        unsigned int baseminor;
        int minorct;
        char name[64];
        struct file_operations *fops;
        struct cdev *cdev;                /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE        255


下面本文通過一下三個(gè)方面以及他們的關(guān)聯(lián)來描述字符設(shè)備驅(qū)動(dòng):
1. 字符驅(qū)動(dòng)模型
2. 字符設(shè)備的設(shè)備號(hào)
3. 文件系統(tǒng)中對(duì)字符設(shè)備文件的訪問


1. 字符驅(qū)動(dòng)模型

每個(gè)字符驅(qū)動(dòng)由一個(gè) cdev 結(jié)構(gòu)來表示.

在設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 來記錄字符設(shè)備驅(qū)動(dòng).
這是由 struct kobj_map 結(jié)構(gòu)來表示的. 它內(nèi)嵌了255個(gè)struct probe指針數(shù)組
kobj_map由全局變量 cdev_map 引用: static struct kobj_map *cdev_map;




相關(guān)函數(shù)說明:

cdev_alloc() 用來創(chuàng)建一個(gè)cdev的對(duì)象

cdev_add() 用來將cdev對(duì)象添加到驅(qū)動(dòng)模型中,其主要是通過kobj_map()來實(shí)現(xiàn)的.
        kobj_map() 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)probe對(duì)象,然后將其插入cdev_map中的某一項(xiàng)中,并關(guān)聯(lián)probe->data 指向 cdev
        
struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)
根據(jù)設(shè)備號(hào),在cdev_map中查找其cdev對(duì)象內(nèi)嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject




2. 字符設(shè)備的設(shè)備號(hào)

字符設(shè)備的主,次設(shè)備號(hào)的分配:

全局?jǐn)?shù)組 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個(gè) struct char_device_struct的元素.
每一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的主設(shè)備號(hào).

如果分配了一個(gè)設(shè)備號(hào),就會(huì)創(chuàng)建一個(gè) struct char_device_struct 的對(duì)象,并將其添加到 chrdevs 中.
這樣,通過chrdevs數(shù)組,我們就可以知道分配了哪些設(shè)備號(hào).



相關(guān)函數(shù):
register_chrdev_region( ) 分配指定的設(shè)備號(hào)范圍
alloc_chrdev_region( ) 動(dòng)態(tài)分配設(shè)備范圍
他們都主要是通過調(diào)用函數(shù)__register_chrdev_region() 來實(shí)現(xiàn)的
要注意,這兩個(gè)函數(shù)僅僅是注冊(cè)設(shè)備號(hào)! 如果要和cdev關(guān)聯(lián)起來,還要調(diào)用cdev_add()


register_chrdev( ) 申請(qǐng)指定的設(shè)備號(hào),并且將其注冊(cè)到字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型中.
它所做的事情為:
1. 注冊(cè)設(shè)備號(hào), 通過調(diào)用 __register_chrdev_region() 來實(shí)現(xiàn)
2. 分配一個(gè)cdev, 通過調(diào)用 cdev_alloc() 來實(shí)現(xiàn)
3. 將cdev添加到驅(qū)動(dòng)模型中, 這一步將設(shè)備號(hào)和驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)了起來. 通過調(diào)用 cdev_add() 來實(shí)現(xiàn)
4. 將第一步中創(chuàng)建的 struct char_device_struct 對(duì)象的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由于register_chrdev()是老的接口,這一步在新的接口中并不需要.




3. 文件系統(tǒng)中對(duì)字符設(shè)備文件的訪問

對(duì)于一個(gè)字符設(shè)備文件, 其inode->i_cdev 指向字符驅(qū)動(dòng)對(duì)象cdev, 如果i_cdev為 NULL ,則說明該設(shè)備文件沒有被打開.

由于多個(gè)設(shè)備可以共用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序.所以,通過字符設(shè)備的inode 中的i_devices 和 cdev中的list組成一個(gè)鏈表



首先,系統(tǒng)調(diào)用open打開一個(gè)字符設(shè)備的時(shí)候, 通過一系列調(diào)用,最終會(huì)執(zhí)行到 chrdev_open.
(最終是通過調(diào)用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 這一系列的調(diào)用過程,本文暫不討論)

int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

chrdev_open()所做的事情可以概括如下:
1. 根據(jù)設(shè)備號(hào)(inode->i_rdev), 在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型中查找對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序, 這通過kobj_lookup() 來實(shí)現(xiàn), kobj_lookup()會(huì)返回對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序cdev的kobject.
2. 設(shè)置inode->i_cdev , 指向找到的cdev.
3. 將inode添加到cdev->list的鏈表中.
4. 使用cdev的ops 設(shè)置file對(duì)象的f_op
5. 如果ops中定義了open方法,則調(diào)用該open方法
6. 返回.

執(zhí)行完chrdev_open()之后,file對(duì)象的f_op指向cdev的ops,因而之后對(duì)設(shè)備進(jìn)行的read, write等操作,就會(huì)執(zhí)行cdev的相應(yīng)操作.

dreamice

不錯(cuò)，和ldd3有異曲同工之處

hongmy525

我想問問這個(gè)圖是怎么畫的？？我記得以前好像誰問過，但是想不起來了，圖畫得好看：）
好帖，謝謝

[ 本帖最后由 hongmy525 于 2008-8-26 16:00 編輯 ]

xpl

原帖由 hongmy525 于 2008-8-26 15:58 發(fā)表
我想問問這個(gè)圖是怎么畫的？？我記得以前好像誰問過，但是想不起來了，圖畫得好看：）
好帖，謝謝

ascii art studio

我記得在我的vfs的那個(gè)帖子里貼過這個(gè)工具的下載鏈接.

hongmy525

是的是的，你一說我就想起來了，下午暈暈的~~
3x

jaycu

多謝LZ，好帖，認(rèn)真學(xué)習(xí)  

Godbach

好文章。另外，這張圖是怎么放到正文的，我一般都是作為附件上傳的

nciae

學(xué)習(xí)了 ，呵呵 謝謝LZ
前幾天剛剛寫了一個(gè)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序
正好解這個(gè)機(jī)會(huì)好好整理一下～～
誒，總是感覺太亂了，沒有頭緒
不知道LZ和大家是怎么看的

scutan

原帖由 nciae 于 2009-4-5 16:19 發(fā)表
學(xué)習(xí)了 ，呵呵 謝謝LZ
前幾天剛剛寫了一個(gè)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序
正好解這個(gè)機(jī)會(huì)好好整理一下～～
誒，總是感覺太亂了，沒有頭緒
不知道LZ和大家是怎么看的

多看幾遍，思路就慢慢清晰了。

goter

應(yīng)該是插入吧