操作系统课程设计报告设计自己的驱动程序解析.docx
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操作系统课程设计报告设计自己的驱动程序解析
江苏大学计算机学院
课程设计报告
课程名称设计自己的驱动程序
实验学期2015至2016学年,第1学期
学生姓名
专业班级计算机1301
学号
指导教师毛启容
开课系操作系统
操作系统课程组制
《操作系统》课程设计报告
课程设计题目:
设计自己的驱动程序
设计时间:
2016.01.05~2016.01.13
一、
课程设计目的与要求
目的:
编写一个模块化的字符设备驱动程序,手工加载到linux内核中,并用cp等命令或编写用户程序检测设备驱动程序。
要求:
1.编写一个简单的字符设备驱动程序,该字符设备包括打开、读、写、注册、注销与释放六个基本操作。
2.编写一个测试程序,测试字符设备驱动程序的正确性。
3.要求在实验报告中列出Linux内核的版本与内核模块加载过程。
4.设备的安装:
需要将编写的设备驱动程序以模块的方式加载进内核。
5.设备的实用:
通过cp,dd等命令、输入输出重定向或者编写用户程序来测试所设计的驱动程序。
6.使用C或者C++编程实现。
二、课程设计内容
设计和实现一个虚拟命名管道(FIFO)的字符设备。
写一个模块化的字符设备驱动程序
三、课程设计设备与环境
Linux(虚拟机)环境
四、设计正文
1.系统分析
系统调用是操作系统内核和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,这样在应用程序看来,硬件设备只是一个设备文件,应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
设备驱动程序是内核的一部分,它完成以下的功能:
●虚拟设备的注册与注销(指在内核的注册与注销);
●虚拟设备的打开与释放;
●虚拟设备的读写操作。
字符设备提供给应用程序的是一个流控制接口,主要包括open()、release()、read()、write()。
在系统中添加一个字符设备驱动程序,实际上就是给上述操作添加对应的代码。
对于字符设备和块设备,Linux内核对这些操作进行了统一的抽象,把它们定义在结构体file_operations中
2.系统设计
2.1模块设计
2.2数据结构说明
字符设备驱动主要应用了三种数据结构:
①file_operations结构:
File_operations结构体中的成员函数是字符驱动设备的主体内容,这些函数实际会在应用程序进行linux的open()、release()、read()、write()等系统调用时最终被调用。
②file结构,主要用于与文件系统对应的设备驱动程序。
代表一个打开的文件,它由内核在open时创建,并传递给在该文件上进行操作的所有函数,直到碰到最后的close函数。
在文件的所有实例都被关闭之后,内核会释放这个数据结构;
③inode结构,提供了关于特殊设备文件/dev/myDevice的信息。
各个结构的定义如下:
(1)file_operations结构:
structfile_operationspStruct={
open:
my_open,
release:
my_release,
read:
my_read,
write:
my_write,};
(2)file结构:
读:
staticssize_tmy_read(structfile*file,char__user*user,size_tt,loff_t*f);
写:
staticssize_tmy_write(structfile*file,constchar__user*user,size_tt,loff_t*f);
Seek文件定位:
staticloff_tmy_llseek(structfile*filp,loff_toffset,intwhence)
(3)inode结构:
打开:
staticintmy_open(structinode*inode,structfile*file);
释放:
staticintmy_release(structinode*inode,structfile*file);
/*注册模块*/
intinit_module(){
intret;
/*函数中第一个参数是告诉系统,新注册的设备的主设备号由系统分配,
*第二个参数是新设备注册时的设备名字,
*第三个参数是指向file_operations的指针,
*当用设备号为0创建时,系统一个可以用的设备号创建模块*/
ret=register_chrdev(0,devName,&pStruct);
if(ret<0){
printk("registfailure!
\n");
return-1;}
else{
printk("thedevicehasbeenregistered!
\n");
device_num=ret;
printk("<1>thevirtualdevice'smajornumber%d.\n",device_num);
printk("<1>Oryoucanseeitbyusing\n");
printk("<1>------more/proc/devices-------\n");
printk("<1>Totalktothedriver,createadevfilewith\n");
printk("<1>------'mknod/dev/myDevicec%d0'-------\n",device_num);
printk("<1>Use\"rmmode\"toremovethemodule\n");
return0;}}
/*注销模块,函数名很特殊*/
voidcleanup_module(){
unregister_chrdev(device_num,devName);
printk("unregisteritsuccess!
\n");}
staticintmy_open(structinode*inode,structfile*file){
if(mutex)
return-EBUSY;
mutex=1;//上锁
printk("<1>maindevice:
%d\n",MAJOR(inode->i_rdev));
printk("<1>slavedevice:
%d\n",MINOR(inode->i_rdev));
printk("<1>%dtimestocallthedevice\n",++counter);
try_module_get(THIS_MODULE);
return0;}
2.3算法流程图
五、课程设计结果及分析
1.系统调试
启用root模式,输入密码。
命令:
su
对驱动程序进行编译。
命令:
make
加载驱动程序并查看。
命令:
insmoddevDrv.kolsmod
显示主设备号。
命令:
cat/proc/devices
分配从设备号并查看。
命令:
mknod/dev/myDevicec2480ls/dev
编译测试程序并执行。
命令gcctest.c–ofifo./fifo
六、总结与进一步改进设想
在这次课程设计之前从没有接触过Linux系统,Linux系统这个词作为计算机系的学生都不会陌生,多多少少也知道些它的历史,知道它是开放的免费的操作系统,支持开源软件的开发,但是,Linux系统到底是怎样的一个系统,甚至对它的界面都从未见过。
这次课程设计使我接触并了解了Linux系统,见识了它的界面以及种种与Windows系统不同之处,增长了见识。
驱动相较于Linux系统是更加熟悉的一个名词,每次重装系统都要安装各种各样的驱动,不然计算机就不能正常运行,各个硬件就不能发挥作用,通过这次课程设计,对Linux系统的驱动有了比较深入的认识。
这次课程设计使我反省很多,无论Linux还是驱动程序都是挂在嘴边的东西,但是对于这些自己并没有进行过深入的了解,导致这次课程设计一切都要从头开始,进行的并不顺利,以后对于一些经常提起,在将来有可能用的到的东西要未雨绸缪,先做了解,将来的时候才能轻松应对,事半功倍。
七、答辩(或汇报)记录
1.主设备号是自动的还是手动的?
答:
由于许多主设备号已经静态地分配给了公用设备,Linux提供了动态分配机制以获取空闲的主设备号。
为了简单起见,仍然使用静态分配的主设备号。
2.怎么控制读和写的信号量?
答:
互斥。
staticintmutex=0;//互斥用在写的时候不能读,在读的时候不能写。
3.如果要手动分配设备号该怎么分配?
答:
函数中第一个参数是告诉系统,新注册的设备的主设备号由系统分配,第二个参数是新设备注册时的设备名字,第三个参数是指向file_operations的指针,当用设备号为0创建时,系统一个可以用的设备号创建模块。
八、参考文献
1.《操作系统教程——Linux实例分析》孟庆昌编著
2.《精通Linux设备驱动程序开发》SreekrishanVenkateswaran著
成绩:
教师签名:
年月日
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- 关 键 词:
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