基于S3C2410的Linux驱动程序开发

1. 开发环境的建立在嵌入式系统中，由于目标机资源有限，因此通常是在主机上编译好驱动程序以及应用程序，然后通过串口、以太网、仿真器或其他通信手段与目标机通信。为了方便进行Linux设备驱动的开发和调试，首先必须建立良好的开发环境，包括交叉编译环境的建立、minicom的设置以及nfs网络文件系统的建立。

(1) 交叉编译环境由于我采用的是ARM9 S3C2410处理器，因此必须在主机上建立针对目标板处理器的GNU工具链，这个过程相当复杂繁琐，开发者可以采用编译好的针对ARM处理器的交叉工具链arm－linux－gcc，只需对其进行安装即可。首先，在/usr/local下建立目录arm，接着把压缩包arm-linux-gcc-3.3.2.tar.gz解压缩到arm目录下，然后在/etc/profile文件的pathmunge语句断后添加pathmunge /usr/local/arm/3.3.2/bin,保存对/etc/profile的修改，最后执行source /etc/profile，这样交叉编译环境就建成了。

(2) 串口工具Minicom 在嵌入式Linux的开发过程中，通常利用串口与目标机通信。在Window环境下，经常使用的是超级终端，在Linux环境下，经常使用的是Minicom。第一次使用Minicom时，需要配置菜单选项，在Linux终端以root身份输入minicom –s，在出现的菜单选项选择Serial port setup,然后根据目标板对选项进行配置，退出后选择Save as dfl即可，最后退出设置菜单就可以使用Minicom与开发板通讯了。

(3) 网络文件系统NFS NFS是由Sun开发并发展起来的一项用于在不同机器，不同操作系统之间通过网络互相分享文件的技术。我们可以把宿主机上编译好的程序放在NFS服务器共享目录下，然后把这些共享文件mount到目标板上进行调试、运行等操作。由于宿主机与目标机操作系统都支持NFS系统，因此建立NFS开发环境时只需要在宿主机上对NFS服务器进行配置，用vi打开/etc/exports,编辑文本为/home/fei/test/ 192.168.2.*(rw,sync,no_root_squash),其中，/home/fei/test/表示共享的目录，192.168.2.*表示可以连接的主机，(rw,sync,no_root_squash)则表示读写权限与其他参数。保存退出后执行/sbin/service nfs restart并关闭防火墙。这样就可以使用mount命令挂载NFS文件系统了，比如把宿主机（IP为192.168.2.10）配置的/home/fei/test目录挂载到目标板的/tmp目录下，可以使用命令：mount –t nfs 192.168.2.10:/home/fei/test /tmp

2. Linux设备驱动程序

(1) Linux 设备驱动概述系统调用是操作系统内核与应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，应用程序通过系统调用或者C库访问操作系统内核，而操作系统内核又通过驱动程序访问硬件设备，从而使用户或者应该程序可以按操作普通文件的方式对硬件设备进行操作。Linux设备驱动程序运行在系统的内核空间，是内核非常重要的组成部分，它主要完成的功能有：1） 设备进行初始化和释放；2） 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据；3） 读取应用程序传送给设备文件的数据、回送应用程序请求的数据； 4） 检测和处理设备出现的错误。 Linux操作系统将设备分成三种基本类型：字符设备、块设备和网络设备。字符设备是个能够像字节流一样被访问的设备，它可以通过文件系统节点来访问，当用户或者应用程序对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就会紧接着发生，字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作，通常不使用缓冲技术。块设备和字符设备类似，也是通过文件系统节点来访问，块设备与字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，块设备是以固定大小的数据块进行存储和读写的，如硬盘、软盘等，并利用一块系统内存作为缓冲区，若用户进程对设备的请求能满足用户的要求，就返回请求的数据；否则，就调用请求函数来进行设计的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的,以免耗费过多的CPU时间来等待。网络设备是一个能够和其他主机交换数据的设备，网络设备驱动程序负责发送和接受数据包。

(2) Linux 设备驱动的结构

Linux设备驱动程序实现的功能包括驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作等。当用户需要通过设备文件同硬件打交道时，必须通过如open、read、write、close、ioctl等系统调用，而系统调用和驱动程序正是通过数据结构struct file_operations作为桥梁联系起来的。file_operations数据结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用在对设备文件进行诸如read、write操作时,系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序,然后读取这个数据结构相应的函数指针,接着把控制权交给该函数。这是linux的设备驱动程序工作的基本原理。因此，编写设备驱动程序的主要工作就是编写file_operations数据结构的各个子函数。下面的结构体就是一个典型的file_operations结构：

struct file_operations {

int (*seek) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

int (*read) (struct inode * ,struct file *, char ,int); i

nt (*write) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);

int (*readdir) (struct inode * ,struct file *, struct dirent * ,int);

int (*select) (struct inode * ,struct file *, int ,select_table *);

int (*ioctl) (struct inode * ,struct file *, unsined int ,unsigned long int (*mmap) (struct inode * ,struct file *, struct vm_area_struct *); i

nt (*open) (struct inode * ,struct file *);

int (*release) (struct inode * ,struct file *);

int (*fsync) (struct inode * ,struct file *);

int (*fasync) (struct inode * ,struct file *,int);

int (*check_media_change) (struct inode * ,struct file *);

int (*revalidate) (dev_t dev);

} file_operations

结构体中的成员都是函数指针，每个应用程序对设备的操作，都会根据major、minor设备号，转换成对file_operations结构的访问。开发者在编写设备驱动程序的时候，根据自己的需要完成file_operations结构中的函数实现，对不需要用到的函数接口可以在file_operations结构中初始化为NULL。file_operations变量会在程度程序初始化时，注册到系统内核。当应用程序对设备进行操作时，会调用驱动程序注册的file_operations结构中的函数指针。