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来源：百度文库编辑：神马文学网时间：2024/04/27 21:54:59

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15.1. 设备号
15.2. 设备号的分配和释放
15.3. 重要的数据结构
15.4. 读和写
15.1. 设备号
字符设备在系统中以设备文件的形式表示，位于/dev目录下。每个字符设备都有一个主设备号和次设备号，主设备号标识设备对应的驱动程序，次设备号标识设备文件所指的具体设备。
主次设备号的数据类型是dev_t，在/linux/types.h中定义。在2.6内核中，dev_t是一个32位的数，其中12位用来表示主设备号，其余20位用来表示次设备号。要获得设备的主次设备号可以使用内核提供的宏：
MAJOR(dev_t dev);       #获得主设备号
MINOR(dev_t dev);       #获得次设备号
这些宏定义位于linux/kdev_t.h中。如果要把主次设备号转换成dev_t类型，则可使用：
MKDEV(int major, int minor);
15.2. 设备号的分配和释放
在建立一个字符设备之前，需要为它分配一个或多个设备号。使用register_chrdev_region()函数完成设备号的分配。该函数在linux/fs.h中声明。原型如下：
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
first：是要分配的主设备号范围的起始值，次设备号一般设置为0；
count：是所请求的连续设备号的个数;
name：是和该设备号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices或/sysfs中。
如果分配成功则返回0，分配失败则返回一个负的错误码，所请求的设备号无效。
还有一个自动分配设备号的函数alloc_chrdev_region()，原型如下：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);
dev：    自动分配到设备号范围中的第一个主设备号;
firstminor：自动分配的第一个次设备号，通常为0；
count：    是所请求的连续设备号的个数;
name：    是和该设备号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices或/sysfs中。
如果我们不再使用设备号，则要使用unregister_chrdev_region()函数释放它。函数原型如下：
void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);
函数的参数作用同上
我们一般在模块的清除函数中调用设备号释放函数。
在内核源码目录的Documentation/devices.txt文件中列出了已静态分配给常用设备的主设备号。为了减少设备号分配的冲突，我们一般要使用alloc_chrdev_region()函数来自动分配设备号。
15.3. 重要的数据结构
文
件操作结构：struct
file_operations，在linux/fs.h中定义。它包含一组函数指针，实现文件操作的系统调用，如read、write等。每个打开的文
件都和一个文件操作结构关联（通过file结构中指向file_operations结构的f_op字段进行关联）。
文件结构：struct file，在linux/fs.h中定义。file结构代表一个打开的文件，由内核在open时创建。指向文件结构的指针在内核中通常称为filp(文件指针)。当文件的所有实例都被关闭之后，内核会释放这个数据结构。
节点结构：struct inode，在linux/fs.h中定义。inode结构是内核表示文件的方法，而file结构是以文件描述符的方式表示文件的方法。结构中以下两个字段对编写驱动程序有用：

dev_t i_rdev，该字段包含了真正的设备编号。

struct cdev *i_cdev，该字段包含指向struct cdev结构的指针。

从设备的inode获取主次设备号的宏：
unsigned int iminor(struct inode *inode);
unsigned int imajor(struct inode *inode);
15.4. 读和写
下面两个是字符设备读写操作最重要的内核函数。
unsigned long copy_to_user (void __user * to, const void * from, unsigned long n);
读操作，把数据从内核空间复制到用户空间，返回不能复制的字节数，如果成功则返回0。
to    目的地址，在用户空间中;
from 源地址，在用户空间;
n    要复制的字节数。
unsigned long copy_from_user (void * to, const void __user * from, unsigned long n);
写操作，把数据从用户空间复制到内核空间，返回不能复制的字节数，如果成功则返回0。
to    目的地址，在内核空间中;
from 源地址，在用户空间；
n    要复制的字节数。
Chapter 16. PCI设备
pci
设备上电时，硬件保持未激活状态。设备不会有内存和I/O端口映射到计算机的地址空间。每个PCI主板上都配备有能够处理PCI的BIOS、NVRAM或
PROM等固件。这些固件通过读写PCI控制器中的寄存器，提供了对设备配置地址空间的访问。系统引导时，固件在每个PCI设备上执行配置事务，以便为它
提供的每个地址区域分配一个安全的位置。当驱动程序访问设备时，它的内存和I/O区域已经被映射到了处理器的地址空间。
所有PCI设备都有至少256字节的地址空间。前64字节是标准化的，每种设备都有且意义相同，其余字节是设备相关的。
在内核中有三个主要的数据结构与PCI接口有关，在开发PCI设备驱动程序时要用到，分别是：

pci_device_id，PCI设备类型的标识符。在include/linux/mod_devicetable.h头文件中定义。
struct pci_device_id {
      __u32 vendor, device;          /* Vendor and device ID or PCI_ANY_ID*/
      __u32 subvendor, subdevice;    /* Subsystem ID's or PCI_ANY_ID */
      __u32 class, class_mask;       /* (class,subclass,prog-if) triplet */
      kernel_ulong_t driver_data;    /* Data private to the driver */
};
PCI设备的vendor、device和class的值都是预先定义好的，通过这些参数可以唯一确定设备厂商和设备类型。这些PCI设备的标准值在include/linux/pci_ids.h头文件中定义。
pci_device_id需要导出到用户空间，使模块装载系统在装载模块时知道什么模块对应什么硬件设备。宏MODULE_DEVICE_TABLE()完成该工作。
设备id一般用数组形式。如：
static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[] = {
      {0x10ec, 0x8139, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
      ....
};
MODULE_DEVICE_TABLE (pci, rtl8139_pci_tbl);

pci_dev，标识具体的PCI设备实例，与net_device类似。内核通过该内核结构来访问具体的PCI设备。在include/linux/pci.h头文件中定义。

pci_driver，设备驱动程序数据结构，它是驱动程序与PCI总线的接口，有大量的回调函数和指针，向PCI核心描述了PCI驱动程序。在include/linux/pci.h头文件中定义。
static struct pci_driver rtl8139_pci_driver = {
      .name          = DRV_NAME,                      #设备名
      .id_table    = rtl8139_pci_tbl,                #pci设备的id表组
      .probe       = rtl8139_init_one,                #初始化函数
      .remove       = __devexit_p(rtl8139_remove_one),  #退出函数
#ifdef CONFIG_PM                                           #如果设备支持电源管理
      .suspend       = rtl8139_suspend,                #休眠
      .resume       = rtl8139_resume,                #从休眠恢复
#endif /* CONFIG_PM */
};

内核通过pci_register_driver和pci_unregister_driver函数
来注册和注消PCI设备驱动程序。这两个函数在drivers/pci/pci.c源码中定义。pci_register_driver函数需要使用
pci_driver数据结构作为参数。通过注册，PCI设备就与PCI设备驱动程序关联起来了。
PCI设备最大的优点是可以自动探测每个设备所需的IRQ和其它资源。有两种探测方式，一种是静态探测，一种是动态探测。静态探测是通过设备驱动程序自动选择相关资源，动态探测是指支持热插拔设备的功能。
PCI设备通过pci_driver结构中的suspend和resume函数指针支持电源管理。可实现暂停和重新启动PCI设备的功能。
/lib/modules/KERNEL_VERSION/modules.pcimap文件列出内核所支持的所有PCI设备和它们的模块名。
debian:/lib/modules/2.6.23.9# cat modules.pcimap | more
# pci module       vendor    device    subvendor  subdevice  class    class_mask driver_data
snd-trident       0x00001023 0x00002000 0xffffffff 0xffffffff 0x00040100 0x00ffff00 0x0
snd-trident       0x00001023 0x00002001 0xffffffff 0xffffffff 0x00000000 0x00000000 0x0
...
8139cp             0x000010ec 0x00008139 0xffffffff 0xffffffff 0x00000000 0x00000000 0x0
8139cp             0x00000357 0x0000000a 0xffffffff 0xffffffff 0x00000000 0x00000000 0x0
...
Chapter 17. 内核初始化优化宏
内核使用了大量不同的宏来标记具有不同作用的函数和数据结构。如宏__init、__devinit等。这些宏在include/linux/init.h头文件中定义。编译器通过这些宏可以把代码优化放到合适的内存位置，以减少内存占用和提高内核效率。
下面是一些常用的宏：

__init，标记内核启动时使用的初始化代码，内核启动完成后不再需要。以此标记的代码位于.init.text内存区域。它的宏定义是这样的：
#define _ _init _ _attribute_ _ ((_ _section_ _ (".text.init")))

__exit，标记退出代码，对于非模块无效。

__initdata，标记内核启动时使用的初始化数据结构，内核启动完成后不再需要。以此标记的代码位于.init.data内存区域。

__devinit，标记设备初始化使用的代码。

__devinitdata，标记初始化设备数据结构的函数。

__devexit，标记移除设备时使用的代码。

xxx_initcall，一系列的初始化代码，按降序优先级排列。

                     初始化代码的内存结构
_init_begin             -------------------
                     |  .init.text    | ---- __init
                     |-------------------|
                     |  .init.data    | ---- __initdata
_setup_start          |-------------------|
                     |  .init.setup    | ---- __setup_param
__initcall_start       |-------------------|
                     |  .initcall1.init  | ---- core_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall2.init  | ---- postcore_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall3.init  | ---- arch_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall4.init  | ---- subsys_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall5.init  | ---- fs_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall6.init  | ---- device_initcall
                     |-------------------|
                     |  .initcall7.init  | ---- late_initcall
__initcall_end       |-------------------|
                     |                |
                     | ... ... ... |
                     |                |
__init_end             -------------------
初始化代码的特点是：在系统启动运行，且一旦运行后马上退出内存，不再占用内存。
对于驱动程序模块来说，这些优化标记使用的情况如下：

通过module_init()和module_exit()函数调用的函数就需要使用__init和__exit宏来标记。

pci_driver数据结构不需标记。

probe()和remove()函数应该使用__devinit和__devexit标记，且只能标记probe()和remove()

如果remove()使用__devexit标记，则在pci_driver结构中要用__devexit_p(remove)来引用remove()函数。

如果你不确定需不需要添加优化宏则不要添加。

Chapter 18. 访问内核参数的接口
内核通过不同的接口向用户输出内核信息。我们可通过这些接口访问和修改内核参数。共有三种接口，其中两种是procfs和sysfs虚拟文件系统，第三种是sysctl命令。

启
用procfs虚拟文件系统的内核选项是"Filesystems-->Pseudo filesystems-->proc file
system support"。procfs文件系统挂载在/proc目录，可用cat、more等shell命令查看目录中的文件。

sysctl命令也可以修改和查看内核变量，sysctl操作的内核变量位于/proc/sys目录下。启用sysctl支持的内核选项是"General setup-->Sysctl support"。

procfs
和sysctl接口已使用多年，从2.6内核开始，引入新的sysfs虚拟文件系统，它挂载在/sys目录下。启用sysfs的内核选项
是"Filesystems-->Pseudo filesystems-->sysfs filesystem support
(NEW)"。sysfs以更整齐更直观的方式向用户展示了内核的各种参数。/proc将会向sysfs迁移。

另
外，通过ioctl（input/output control）system
call和Netlink接口也可以向内核发送命令，执行内核参数配置工作，大多数的网络配置参数都可以用这两个接口修改。ifconfig和route
命令使用ioctl接口，IPROUTE2使用Netlink接口。
网络的ioctl命令在include/linux
/sockios.h中定义。这些命令被定义成类似于SIOCSIFMTU的宏，宏的命令规则是这样的，开头四个字符SIOC代表ioctl命令；S表示
set，G表示get；if表示接口类型；MTU表示mtu。其它字符的表示方式还有：ADD表示添加，RT表示路由等。
Chapter 19. 内核初始化选项
我们可以通过内核初始化选项，在系统启动时或内核模块加载时微调内核的功能。
模块的初始化选项是通过模块程序中的module_param宏传递的。如：
...
module_param(multicast_filter_limit, int, 0444);
module_param(max_interrupt_work, int, 0444);
module_param(debug, int, 0444);
...
module_param宏的第一个参数是选项名，可在/sys虚拟文件系统中该模块的parameter目录中中查看到。第二个参数是选项类型，第三个参数是选项的值。上面的宏是sis900网卡的模块选项。在我的系统中显示为：
debian:/sys/module/sis900/parameters# ls -l
总计 0
-r--r--r-- 1 root root 4096 2007-12-20 11:51 max_interrupt_work
-r--r--r-- 1 root root 4096 2007-12-20 11:51 multicast_filter_limit
-r--r--r-- 1 root root 4096 2007-12-20 11:51 sis900_debug
debian:/sys/module/sis900/parameters#
Chapter 20. 内核模块编程

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