28.3. Работа с устройствами

28.3. Работа с устройствами

Мы только что написали модуль ядра, который можно установить, удалить, который выводит сообщения, но ничего полезного он не делает. Усложним нашу задачу: напишем модуль, управляющий некоторым устройством /dev/device. Данного устройства в нашей системе нет, поэтому нам его нужно создать, но этим мы займемся чуть позже.

Перед тем, как приступить к написанию драйвера устройства, нужно поговорить о самих устройствах. Устройства бывают трех типов:

? Символьные: чтение и запись устройства выполняются посимвольно. Примером такого устройства может послужить последовательный порт.

? Блочные: чтение и запись устройства выполняются блоками, как правило, по 512 или 1024 байта. Самый яркий пример блочного устройства — жесткий диск.

? Сетевые: файлов этих устройств вы не найдете в каталоге /dev, поскольку использование файловой системы, то есть работа с этими устройствами как с файлами, неэффективно. Пример — сетевая карта (ethX).

Существуют устройства, которые нельзя отнести ни к одному типу, поскольку они не принимают и не передают данные. Пример: RTC (Real Time Clock).

Чтобы сделать устройство доступным для системы и пользовательских программ, нужно его зарегистрировать. В заголовочном файле fs.h определены функции для регистрации символьных и блочных устройств. Все они начинаются с префикса register. Наше устройство будет символьным, поэтому для его регистрации мы будем использовать функцию register_chrdev. Вот ее прототип:

extern int register_chrdev(unsigned int, const char *,

 struct file_operations *);

Первый аргумент — это старший номер (major number) устройства, определяющий его тип. Если старший номер равен 0, то функция возвратит свободный старший номер для устройства нашего вида (символьное устройство).

Чтобы понять, для чего нужен старший номер, вспомним каталог /dev, содержащий файлы устройств. Файл /dev/tty1 — это терминал с номером 1. Старший номер определяет тип устройства — терминал (tty), а младший — его номер в системе (1). Человеку проще работать не с номерами. а с символьными именами устройств, поэтому каждому старшему номеру соответствует символьное обозначение.

При регистрации устройства нужно указать его тип — старший номер устройства. Но для этого нужно знать, какие номера свободны. Проще всего указать первым аргументом 0 — тогда функция возвратит первый свободный старший номер символьного устройства для вашей системы. Если старший номер указать явно, может возникнуть конфликт номеров, и наше устройство не будет зарегистрировано.

Второй параметр определяет имя устройства («device»). Последний параметр очень важен. Это структура указателей на функции для работы с нашим устройством. Наш модуль содержит таблицу доступных функций, а операционная система вызывает нужную функцию, когда пользовательской программе нужно выполнить операцию с файлом устройства (открытие/закрытие, чтение/запись). Таблица функций символьного устройства хранится в структуре file_operations, которая передается при регистрации устройства.

После регистрации драйвера устройства происходит поиск устройств данного типа. Причем этот поиск должен произвести сам модуль. Для простоты будем считать, что у нас всего два устройства. Нам нужно создать эти два устройства, предварительно вычислив старший номер устройства. Напишем модуль, который помимо регистрации устройства выводил бы его старший номер — потом мы его будем использовать при создании устройства.

Листинг 28.6. Драйвер устройства /dev/device (без структуры file_operations)

#define MODULE

#define __KERNEL__

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/fs.h> // регистрация устройств

#include <linux/ioport.h> // работа с портами ввода/вывода

#include <linux/sched.h> // резервирование прерывания

// Имя нашего устройства

#define DEV_NAME "device"

// Порты ввода-вывода нашего устройства

#define PORT_START 0x2000 #define PORT_QTY 10

// Память нашего устройства

#define MEM_START 0x20000000

#define MEM_QTY 0x20

// Номер прерывания для нашего устройства

#define IRQ_NUM 9

MODULE_AUTHOR("Denis Kolisnichenko dhsilabs@mail.ru");

MODULE_DESCRIPTION("Linux kernel module");

// Старший номер файла устройства

static int Major;

// Структура file_operations - пока пустая,

//но вскоре мы ее напишем

struct file_operations FO;

// Обработчик прерывания

void irq_handler(int irq, void *dev_id,

 struct pt_regs *regs) {

 return;

}

int init_module() {

 // Регистрируем устройство

 printk("My module: starting... ");

 Major = register_chrdev(0, DEV_NAME, &F0);

 if (Major < 0) {

  // Устройство не зарегистрировано

  printk("My module: registration failed ");

  return Major;

 }

 printk("My module: device registered, major number = %d ",

  Major);

 // Резервирование портов ввода-вывода

 printk("My module: allocating io ports ");

 if (check_region(PORT_START, PORT_QTY)) {

  printk("My module; allocation io ports failed ");

  return -EBUSY;

 }

 request_region(PORT_START, PORT_QTY, DEV_NAME);

 printk("My module: io ports allocated ");

 // Резервирование памяти

 if (check_mem_region(MEM_START, MEM_QTY)) {

  printk("My module: memory allocation failed ");

  release_region(PORT_START, PORT_QTY);

  return -EBUSY;

 }

 request_mem_region(MEM_START, MEM_QTY, DEV_NAME);

 printk("My module: memory allocated ");

 // Резервирование прерывания

 if (request_irq(IRQ_NUM, irq_handler, 0, DEV_NAME, NULL)) {

  printk("My module: IRQ allocation failed ");

  release_mem_region(MEM_START, MEM_QTY);

  release_region(PORT_START, PQRT_QTY);

  return -EBUSY;

 }

 printk("My module: IRQ allocated ");

 return 0;

}

void cleanup_module() {

 // Освобождаем порты ввода-вывода

 release_region(PORT_START, PORT_QTY);

 printk("My module; release io ports ");

 // Освобождаем память

 release_mem_region(MEM_START, MEM_QTY);

 printk("My module: release memory ");

 // Освобождаем прерывание

 free_irq(IRQ_NUM, NULL);

 printk("My module: release irq ");

 // Отменяем регистрацию устройства

 if (unregister_chrdev(Major, DEV_NAME) < 0){

  printk("My module: cannot to unregister device ");

 }

 printk("My module: device unregistered ");

 return;

}

При загрузке модуля вы увидите следующее сообщение:

My module: device registered, major number = 255

Конечно, кроме этого сообщения будут и другие, но нас они не интересуют. Почему именно это сообщение так важно для нас? В первой части сообщения говорится, что наше устройство успешно зарегистрировано, а во второй сообщается старший номер устройства, который мы будем использовать для создания устройств /dev/device0 и /dev/device1.

Вы не забыли, что нам еще нужно создать два устройства типа device, чтобы программы могли работать с ними? Перейдите в каталог /dev и от имени суперпользователя выполните команды:

# mknod device с 255 0

# mknod device с 255 1

Здесь 255 — это старший номер устройства (у вас он будет другим), 0 и 1 — младшие номера устройств. После выполнения данных команд будут созданы два файла устройств — /dev/device0 и /dev/device1.

После регистрации устройства функцией register_chrdev() мы пытаемся захватить диапазон портов. Для этого предназначена функция request_region(), но перед ее вызовом мы должны убедиться, что нужный нам диапазон не используется (функция check_region()). Затем, если нужно, мы резервируем память для нашего устройства. Для резервирования памяти используется функция request_mem_region(), а для проверки возможности захвата памяти предназначена функция check_mem_region(). После успешной регистрации памяти можно попытаться захватить IRQ — функция request_irq().

Предположим, что на каком-то этапе регистрации модуля произошла ошибка. Если мы не смогли зарегистрировать порты ввода/вывода, вряд ли имеет смысл продолжать работу. Если же ошибка произошла при резервировании памяти, то перед завершением работы модуля нам нужно освободить порты ввода/вывода, которые мы зарегистрировали на предыдущем этапе. Аналогично поступаем при ошибке захвата IRQ — освобождаем порты и память. Функции release_mem_region(), release_region() и free_irq() используются для освобождения памяти, портов и IRQ соответственно.

Обратите внимание: мы написали драйвер так, что он захватывает порты и память от имени одного устройства — DEV_NAME. В реальности все гораздо сложнее: нужно захватывать ресурсы для каждого устройства данного типа. К тому же придется предусмотреть поиск устройств модулем: в нашем случае мы знаем, что устройств только два, но у конечного пользователя таких устройств может быть больше или меньше, поэтому наш модуль не будет универсален, если он будет поддерживать только два устройства.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.