嵌入式系统中设备控制函数实现的分析

3设备函数的实现过程分析

在嵌入式Linux下对设备操作的时候，一般都会用到read、write、llseek和ioctl等函数，通过这些函数可以像使用文件那样使用外部设备。这些函数的实现过程基本上是类似的，下面以write函数为例来分析用户使用write函数怎么把数据写到设备里面去。

3.1应用程序中函数的格式

用户程序中的write函数有三个参数，函数格式如下：
write(intfd,char*buf,intcount)
其中参数fd表示将对之进行写操作的设备文件打开时返回的文件描述符.参数buf是一个指向缓冲区的指针,该指针指向存放将写入文件的数据的缓冲区.参数count表示本次操作所要写入文件的数据的字节数.fd一般大于3,0-2被系统分配给了默认的终端设备.

3.2驱动程序中函数的格式

上面驱动程序函数定义中我们看到驱动程序里的write函数有四个参数，函数格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是设备节点指针,其中有设备号等信息，它能够告诉操作系统应该使用哪一个设备驱动程序，filp指针中有fops信息，可以告诉操作系统相应的fops方法函数在那里可以找到,后两项参数和应用程序中的含义相同。

3.3应用程序中函数和驱动程序中函数的参数传递

从上面可以知道两个函数参数个数不同,当应用程序的write函数执行时,是怎么调用驱动程序中相应的write函数的呢?其实关键是Linux系统内核中的相应函数 sys_write,这也是最不透明最不容易理解的地方.Linux内核中sys_write的源代码：
asmlinkagessize_tsys_write(unsignedintfd,constchar*buf,size_tcount)
{ssize_tret;
structfile*file;
structinode*inode;
ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);//指向驱动程序中的wirte函数的指针
lock_kernel();
ret=-EBADF;
file=fget(fd);//通过文件描述符得到文件指针
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))//将函数开始时声明的write函数指针指向fops方法中对应的write函数
gotoout;
down(inode->i_sem);
ret=write(file,buf,count,file->f_pos);//使用驱动程序中的write函数将数据输入设备，注意看，这里就是四个参数了
up(inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
returnret;}
从上面的函数功能可以看出,sys_write函数实现了应用程序中write向驱动程序中的short_write的参数传递过程，其中上述注释语句详细地阐述了参数由三个到四个的变化过程。

4结论

总的来说,设备函数的实现过程由下面几个步骤来完成：

(1) 加载驱动程序。驱动程序中的初始化函数申请设备名和主设备号，这些可以在/proc/devieces目录中查看到。(2)从/proc /devices中获得主设备号，驱动程序加载成功后建立设备节点文件。通过主设备号将设备节点文件和设备驱动程序联系在一起。设备节点文件中的file 属性中指明了驱动程序中fops方法实现的函数指针。(3)用户程序使用open打开设备节点文件，这时操作系统内核知道该驱动程序工作了，就调用 fops方法中的open函数进行相应的工作。(4)当用户使用write函数操作设备文件时，操作系统调用内核中的sys_write函数，该函数首先通过文件描述符得到设备节点文件对应的inode指针和filp指针。(5)然后sys_write才会调用驱动程序中的write方法来对设备进行写的操作。用户的write函数和驱动程序的write函数通过系统调用sys_write联系到了一起。本文以设备文件操作控制函数write为例来阐述整个函数的调用过程，其它函数的过程基本相同，本文不再详述。

本文的创新点在于阐述了嵌入式应用程序中对外部设备操作控制函数的实现机制及具体过程的分析，在目前的文献中很少有具体的分析，是作者在具体开发过程中的经验总结。
本文有国家自然科学基金项目支持，项目编号：50677047。

参考文献：
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[2]杜博，方向忠。嵌入式Linux系统下I2C设备驱动程序的开发，微计算机信息，2006第11期，31-34
[3]李善平，刘文峰等《Linux内核2.4版源代码分析大全》，机械工业出版社，2002年1月第1版，310-312
[4]贾明，严世贤。《Linux下的C编程》，人民邮电出版社，2001年11月第1版，157-158
[5]魏永明等译，《LINUX设备驱动程序》，中国电力出版社，2006年6月第1版，59-62