嵌入式系統中設備控制函數實現的分析

3設備函數的實現過程分析

在嵌入式Linux下對設備操作的時候，一般都會用到read、write、llseek和ioctl等函數，通過這些函數可以像使用文件那樣使用外部設備。這些函數的實現過程基本上是類似的，下面以write函數為例來分析用戶使用write函數怎么把數據寫到設備里面去。

3.1應用程序中函數的格式

用戶程序中的write函數有三個參數，函數格式如下：
write(intfd,char*buf,intcount)
其中參數fd表示將對之進行寫操作的設備文件打開時返回的文件描述符.參數buf是一個指向緩沖區的指針,該指針指向存放將寫入文件的數據的緩沖區.參數count表示本次操作所要寫入文件的數據的字節數.fd一般大于3,0-2被系統分配給了默認的終端設備.

3.2驅動程序中函數的格式

上面驅動程序函數定義中我們看到驅動程序里的write函數有四個參數，函數格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是設備節點指針,其中有設備號等信息，它能夠告訴操作系統應該使用哪一個設備驅動程序，filp指針中有fops信息，可以告訴操作系統相應的fops方法函數在那里可以找到,后兩項參數和應用程序中的含義相同。

3.3應用程序中函數和驅動程序中函數的參數傳遞

從上面可以知道兩個函數參數個數不同,當應用程序的write函數執行時,是怎么調用驅動程序中相應的write函數的呢?其實關鍵是Linux系統內核中的相應函數 sys_write,這也是最不透明最不容易理解的地方.Linux內核中sys_write的源代碼：
asmlinkagessize_tsys_write(unsignedintfd,constchar*buf,size_tcount)
{ssize_tret;
structfile*file;
structinode*inode;
ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);//指向驅動程序中的wirte函數的指針
lock_kernel();
ret=-EBADF;
file=fget(fd);//通過文件描述符得到文件指針
if(!file)
gotobad_file;
if(!(file->f_modeFMODE_WRITE))
gotoout;
inode=file->f_dentry->d_inode;//得到inode信息
ret=locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE,inode,file,file->f_pos,count);
if(ret)
gotoout;
ret=-EINVAL;
if(!file->f_op||!(write=file->f_op->write))//將函數開始時聲明的write函數指針指向fops方法中對應的write函數
gotoout;
down(inode->i_sem);
ret=write(file,buf,count,file->f_pos);//使用驅動程序中的write函數將數據輸入設備，注意看，這里就是四個參數了
up(inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
returnret;}
從上面的函數功能可以看出,sys_write函數實現了應用程序中write向驅動程序中的short_write的參數傳遞過程，其中上述注釋語句詳細地闡述了參數由三個到四個的變化過程。

4結論

總的來說,設備函數的實現過程由下面幾個步驟來完成：

(1) 加載驅動程序。驅動程序中的初始化函數申請設備名和主設備號，這些可以在/proc/devieces目錄中查看到。(2)從/proc /devices中獲得主設備號，驅動程序加載成功后建立設備節點文件。通過主設備號將設備節點文件和設備驅動程序聯系在一起。設備節點文件中的file 屬性中指明了驅動程序中fops方法實現的函數指針。(3)用戶程序使用open打開設備節點文件，這時操作系統內核知道該驅動程序工作了，就調用 fops方法中的open函數進行相應的工作。(4)當用戶使用write函數操作設備文件時，操作系統調用內核中的sys_write函數，該函數首先通過文件描述符得到設備節點文件對應的inode指針和filp指針。(5)然后sys_write才會調用驅動程序中的write方法來對設備進行寫的操作。用戶的write函數和驅動程序的write函數通過系統調用sys_write聯系到了一起。本文以設備文件操作控制函數write為例來闡述整個函數的調用過程，其它函數的過程基本相同，本文不再詳述。

本文的創新點在于闡述了嵌入式應用程序中對外部設備操作控制函數的實現機制及具體過程的分析，在目前的文獻中很少有具體的分析，是作者在具體開發過程中的經驗總結。
本文有國家自然科學基金項目支持，項目編號：50677047。

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