Linux驱动开发—最详细应用程序调用驱动程序解析

Linux下应用程序调用驱动程序流程

  • Linux下进行驱动开发,完全将驱动程序与应用程序隔开,中间通过C标准库函数以及系统调用完成驱动层和应用层的数据交换。
  • 驱动加载成功以后会在“/dev”目录下生成一个相应的文件,应用程序通过对“/dev/xxx” (xxx 是具体的驱动文件名字) 的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。
  • 用户空间不能直接对内核进行操作,因此必须使用一个叫做 “系统调用”的方法 来实现从用户空间“陷入” 到内核空间,这样才能实现对底层驱动的操作
  • 每一个系统调用,在驱动中都有与之对应的一个驱动函数,在 Linux 内核文件 include/linux/fs.h 中有个叫做 file_operations 的结构体,此结构体就是 Linux 内核驱动操作函数集合

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大致流程

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  1. 加载一个驱动模块,产生一个设备文件,有唯一对应的inode结构体
  2. 应用层调用open函数打开设备文件,对于上层open调用到内核时会发生一次软中断,从用户空间进入到内核空间
  3. open会调用到sys_open(内核函数),sys_open根据文件的地址,找到设备文件对应的struct inode结构体描述的信息,可以知道接下来要操作的设备类型(字符设备还是块设备),还会分配一个struct file结构体
  4. 根据struct inode结构体里面记录的主设备号和次设备号,在驱动链表(管理所有设备的驱动)里面,根据找到字符设备驱动
  5. 每个字符设备都有一个struct cdev结构体。此结构体描述了字符设备所有信息,其中最重要的一项就是字符设备的操作函数接口
  6. 找到struct cdev结构体后,linux内核就会将struct cdev结构体所在的内存空间首地址记录在struct inode结构体i_cdev成员中,将struct cdev结构体中的记录的函数操作接口地址记录struct file结构体的f_ops成员中
  7. 执行xxx_open驱动函数

知识补充

  1. 在Linux文件系统中,每个文件都用一个struct inode结构体来描述,这个结构体记录了这个文件的所有信息,例如文件类型,访问权限等。
  2. 在linux操作系统中,每个驱动程序应用层的/dev目录或者其他如/sys目录下都会有一个文件与之对应
  3. 在linux操作系统中, 每个驱动程序都有一个设备号
  4. 在linux操作系统中,每打开一次文件,Linux操作系统会在VFS层分配一个struct file结构体来描述打开的文件

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