嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的ADS8364驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

4 ADS8364的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)概述

4.1 驅(qū)動(dòng)程序的LKM實(shí)現(xiàn)機(jī)制

Linux內(nèi)核提供了兩種機(jī)制來(lái)開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，一種是直接把驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)內(nèi)核，成為Linux內(nèi)核的一部分。另一種是通過LKM（Loadable Kernel Module，即可加載模塊化機(jī)制）來(lái)開發(fā)可動(dòng)態(tài)加載和卸載的驅(qū)動(dòng)模塊[3]。驅(qū)動(dòng)程序如果編譯進(jìn)內(nèi)核的話，會(huì)增加內(nèi)核的大小，還要改動(dòng)內(nèi)核的源文件，而且不能動(dòng)態(tài)的卸載，不利于調(diào)試，所以本系統(tǒng)把ADS8364的驅(qū)動(dòng)程序編寫成了 LKM型驅(qū)動(dòng)程序（就是把ADS8364的驅(qū)動(dòng)程序作為一個(gè)獨(dú)立的單元模塊，在使用時(shí)可以使用insmod命令加載到核心中，用完后使用rmmod命令卸載的那種）。

4.2 驅(qū)動(dòng)程序的注冊(cè)與注銷

向系統(tǒng)增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序則意味著要賦予它一個(gè)主設(shè)備號(hào)，這一賦值過程是在驅(qū)動(dòng)程序模塊的初始化中完成的。ADS8364的初始化入口函數(shù)定義如下：

int _init ads8364_init_module(void)全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

{ …..

ret = register_chrdev(11， ADS8364， ad_fops)；

……}

在用insmod命令將編譯好的模塊調(diào)入內(nèi)存時(shí)，ads8364_init_module( )函數(shù)被調(diào)用。在這里，ads8364_init_module( )只做了一件事，它調(diào)用函數(shù)register_chrdev( )向內(nèi)核注冊(cè)該字符設(shè)備。函數(shù)register_chrdev（）定義在linux/fs-h> 中。register_chrdev需要三個(gè)參數(shù)，參數(shù)一是希望獲得的設(shè)備號(hào)，如果是零的話，系統(tǒng)將自動(dòng)選擇一個(gè)沒有被占用的設(shè)備號(hào)作為該字符設(shè)備的主設(shè)備號(hào)并返回。參數(shù)二是設(shè)備文件名，這個(gè)名字必須插入到/dev目錄中，并與驅(qū)動(dòng)程序的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)相連。參數(shù)三用來(lái)登記驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H執(zhí)行操作的函數(shù)的指針。如果登記成功，返回設(shè)備的主設(shè)備號(hào)，不成功，返回一個(gè)負(fù)值。在此，我們選用當(dāng)前不用的設(shè)備號(hào)11作為ADS8364的主設(shè)備號(hào)，設(shè)備名為 ADS8364。

在關(guān)閉字符設(shè)備或塊設(shè)備時(shí)，還需要通過unregister_chrdev( )從內(nèi)核中注銷設(shè)備，并釋放主設(shè)備號(hào)。在用rmmod卸載該驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，cleanup_module函數(shù)被調(diào)用，它釋放字符設(shè)備ADS8364在系統(tǒng)字符設(shè)備表中占有的表項(xiàng)。

void ads8364_cleanup_module(void)

{ unregister_chrdev(11， ADS8364)； info("ADS8364 cleanup module ok!")； }

4.3 file_operations結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)

在Linux中，字符設(shè)備向內(nèi)核提供的接口函數(shù)集就是文件操作集file_operations結(jié)構(gòu)體。在Linux系統(tǒng)中，打開的設(shè)備在內(nèi)核內(nèi)部由設(shè)備文件file結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)，內(nèi)核使用file_operations（文件操作）結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)。每個(gè)文件都與自己的函數(shù)集相關(guān)聯(lián)（通過包含指向file_operations結(jié)構(gòu)的f_ops指針段實(shí)現(xiàn)），這些操作主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)[4]。為了使驅(qū)動(dòng)程序在結(jié)構(gòu)的定義發(fā)生變化時(shí)更具可移植性，并且使得代碼更加緊湊且易讀，我們首先采用標(biāo)記化格式聲明ADS8364的file_operations結(jié)構(gòu)：

static struct file_operations ad_fops = {全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

owner： THIS_MODULE，/* ad_fops所屬的設(shè)備模塊 */

read：ads8364_read，/*從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)*/

poll：ads8364_poll， /*查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)*/

ioctl：ads8364_ioctl，/*設(shè)備I/O控制*/全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

open：ads 8364_open，/*打開設(shè)備操作*/

release：ads 8364_release，/*釋放操作*/

}；

file_operations結(jié)構(gòu)體把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來(lái)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)成員的名字都對(duì)應(yīng)著一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。用戶進(jìn)程利用系統(tǒng)調(diào)用在對(duì)設(shè)備文件進(jìn)行諸如read、write、open等操作時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號(hào)找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，然后讀取這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。這就是ADS8364驅(qū)動(dòng)程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充 file_operations的各個(gè)域。下面我們就把file_operations的各個(gè)域的功能和主要調(diào)用函數(shù)加以介紹。

1)設(shè)備I/O控制操作函數(shù)

與普通文件相比，設(shè)備文件的操作要復(fù)雜得多，不可能簡(jiǎn)單地通過 read、write 和llseek 等來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有其它類型的操作都可以通過VFS的ioctl調(diào)用來(lái)執(zhí)行，函數(shù)定義如下：

static int ads8364_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

ads8364_ioctl是ADS8364驅(qū)動(dòng)程序中對(duì)設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理的函數(shù)。其中參數(shù)inode就是用戶程序打開ADS8364時(shí)使用open函數(shù)返回的文件標(biāo)示符，cmd就是用戶程序?qū)DS8364的控制命令，它是唯一聯(lián)系用戶程序命令和驅(qū)動(dòng)程序支持的途徑，該函數(shù)通過cmd區(qū)分操作，通過arg傳遞參數(shù)和結(jié)果。在驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)的ads8364_ioctl函數(shù)體內(nèi)，有一個(gè)switch{case}結(jié)構(gòu)，每一個(gè)case對(duì)應(yīng)一個(gè)命令碼，做出一些相應(yīng)的操作。 ads8364_ioctl的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是，如何將cmd命令碼在用戶程序里生成以及在驅(qū)動(dòng)程序里的解析，所以switch{case}結(jié)構(gòu)在 ads8364_ioctl中至關(guān)重要，因?yàn)閷?duì)設(shè)備的I/O控制都是通過這一部分的代碼實(shí)現(xiàn)的。