内存设备驱动程序设计分析

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1、完整的内存设备驱动程序目录一、设备驱动中的并发控制21、并发22、自旋锁22.1、自旋锁的使用23、信号量23.1、信号量的相关操作33.2、信号量用于同步3二、设备驱动中的阻塞与非阻塞31、阻塞操作32、非阻塞操作33、等待队列33.1、等待队列的相关操作34、轮询操作4三、设备驱动中的异步通知41、异步通知42、信号的接收43、信号的释放43.1、异步通知编程用到一项数据结构和两个函数4四、设备I/O端口和I/O内存的访问51、I/O端口与I/O内存52、可以使用以下函数访问定位于I/O空间端口52．1、I/O内存52.2、对设备内存映射的虚拟地址的读写53、申请与释放设备I/O端口和

2、I/O内存54、设备I/O端口和I/O内存访问流程54.1、设备I/O端口访问流程54.2、I/O内存访问流程5五、globalfifo驱动涉及的结构体、操作及代码51、globalfifo设备结构体51.1、cdev结构体61.2、设备号的分配和释放61.3、structfile_operations结构体62、使globalfifo驱动实现异步通知73、文件打开函数于释放函数74、读写函数74.1读函数74.2、写函数85、ioctl设备控制函数106、轮询操作107、初始化并注册cdev118、文件操作结构体1115/159、设备驱动模块加载函数129.1自动创建设备文件1310、模

3、块卸载函数1311、其他代码1311.1、必要的头文件1311.2模块的相关信息14六、Makefile14七、模块加载141、直接编译内核142、使用模块法15设备驱动最通俗的理解是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA通信，进行物理内存向虚拟内存的映射等，最终让通信设备能收发数据，让显示设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。现以globalfifo设备驱动为例介绍完整的内存设备驱动程序。首先描述一下该驱动中所涉及到的并发控制、自旋锁、信号量、阻塞与非阻塞I/O、轮询操作、异步通知与异步I

4、/O和I/O访问等。一、设备驱动中的并发控制1、并发指的是多个执行单元同时、并行被执行。而并发的执行单元对共享资源（硬件资源和软件上的全局变量、静态变量等）的访问很容易导致竞态。处理并发的常用技术是加锁或者互斥，即确保在任何时候只有一个执行单元可以操作共享资源。在Linux内核中主要通过信号量机制和自旋锁机制实现。2、自旋锁可以从它的工作方式理解，即，在某CPU上运行的代码需要先执行一个原子操作，该操作测试并设置某个内存变量，由于它是原子操作，所以在该操作完成之前其他执行单元不可能访问这个内存变量。如果测试结果表明锁已经空闲，则程序获得这个自旋锁并继续执行；如果测试结果表明锁仍被占用，程序

5、将在一个小的循环内重复这个“测试并设置”操作，即进行所谓的“自旋锁”。自旋锁最多只能被一个可执行单元持有。2.1、自旋锁的使用a．定义自旋锁spinlock_tlock;b.初始化自旋锁spin_lock_init(lock)该宏用于动态初始化自旋锁lock。c．获得自旋锁spin_lock(lock)该宏用于获得自旋锁lock，如果能立即获得锁，马上返回，否则，它将自旋在那里，直到该自旋锁的保持者释放。d．释放自旋锁spin_unlock(lock)3、信号量15/15它主要提供对进程间共享资源访问控制机制。与自旋锁类似，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。与自旋锁不同的是，当获得不

6、到信号量时，进程不会原地打转而是进入休眠等待状态。3.1、信号量的相关操作a．定义信号量structsemaphoresem;定义名为sem的信号量。b．初始化信号量voidsema_init(structsemaphore*sem,intval);该函数初始化信号量，并设置信号量sem的值为val。c．获得信号量voiddown(structsemaphore*sem);该函数用于获得信号量sem，它可能会导致睡眠。d．释放信号量voidup(structsemaphore*sem);该函数释放信号量sem，唤醒等待者。3.2、信号量用于同步如果信号量被初始化为0，则它可以用于同步，同步

7、意味着一个执行单元的继续执行需等待另一个执行单元完成某事，保证执行的先后顺序。二、设备驱动中的阻塞与非阻塞1、阻塞操作是指在执行设备操作时，若不能获得资源，则挂起进程直到满足操作的条件后在进行操作。被挂起的进程进入休眠状态，被从调度器的运行队列移走，直到等待的条件被满足。2、非阻塞操作是指进程在不能进行设备操作时，并不挂起，它或者放弃，或者不停地查询，直至可以进行操作为止。3、等待队列用来实现进程的阻塞。等待队列可看作保