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基于Linux的PCI设备驱动开发 |
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日期:2009-6-3 9:51:15 |
PCI总线不仅是目前应用广泛的计算机总线标准,而且是一种兼容性最强、功能最全的计算机总线。而Linux作为一种新的操作系统,其发展前景是无法估量的,同时也为PCI总线与各种新型设备互连成为可能。由于Linux源码开放,因此给连接到PCI总线上的任何设备编写驱动程序变得相对容易。本文介绍如何编译Linux下的PCI驱动程序。 PCI是外围设备互连的简称,作为一种通用的总线接口标准,它在目前的计算机系统中得到了非常广泛的应用。PCI提供了一组完整的总线接口规范,其目的是描述如何将计算机系统中的外围设备以一种结构化和可控化的方式连接在一起,同时它还刻画了外围设备在连接时的电气特性和行为规约,并且详细定义了计算机系统中的各个不同部件之间应该如何正确地进行交互。PCI毫无疑问都是目前使用最广泛的一种总线接口标准。 PCI总线具有在计算机和外设间传输数据时具有更好的性能;能够尽量独立于具体的平台;可以很方便地实现即插即用三个非常显著的优点,使得它能够完成最终取代ISA总线。Linux将所有外部设备看成是一类特殊文件,称之为“设备文件”,如果说系统调用是Linux内核和应用程序之间的接口,那么设备驱动程序则可以看成是Linux内核与外部设备之间的接口。设备驱动程序向应用程序屏蔽了硬件在实现上的细节,使得应用程序可以像操作普通文件一样来操作外部设备。 Linux下的设备驱动程序可以按照两种方式进行编译,一种是直接静态编译成内核的一部分,另一种则是编译成可以动态加载的模块。Linux的设备驱动程序大致可以分为如下几个部分: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、设备的中断和轮询处理。Linux驱动程序通常使用结构来表示一种设备,而结构体中的变量则代表某一具体设备,该变量存放了与该设备相关的所有信息。好的驱动程序都应该能驱动多个同种设备,每个设备之间用次设备号进行区分,如果采用结构数据来代表所有能由该驱动程序驱动的设备,那么就可以简单地使用数组下标来表示次设备号。 PCI设备上有三种地址空间:PCI的I/O空间、PCI的存储空间和PCI的配置空间。CPU可以访问PCI设备上的所有地址空间,其中I/O空间和存储空间提供给设备驱动程序使用,而配置空间则由Linux内核中的PCI初始化代码使用。内核在启动时负责对所有PCI设备进行初始化,配置好所有的PCI设备,包括中断号以及I/O基址,并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI设备,以及这些设备的参数和属性。 在用模块方式实现PCI设备驱动程序时,通常至少要实现以下几个部分:初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。下面给出一个典型的PCI设备驱动程序的基本框架,从中不难体会到这几个关键模块是如何组织起来的。当Linux内核启动并完成对所有PCI设备进行扫描、登录和分配资源等初始化操作的同时,会建立起系统中所有PCI设备的拓扑结构,打开设备模块里主要实现申请中断、检查读写模式以及申请对设备的控制权等。卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的,实现起来相对比较简单。
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