嵌入式数据采集系统中的ADS8364驱动程序设计

4 ADS8364的驱动程序设计概述

4.1 驱动程序的LKM实现机制

Linux内核提供了两种机制来开发设备驱动程序，一种是直接把驱动程序编译进内核，成为Linux内核的一部分。另一种是通过LKM（Loadable Kernel Module，即可加载模块化机制）来开发可动态加载和卸载的驱动模块[3]。驱动程序如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态的卸载，不利于调试，所以本系统把ADS8364的驱动程序编写成了 LKM型驱动程序（就是把ADS8364的驱动程序作为一个独立的单元模块，在使用时可以使用insmod命令加载到核心中，用完后使用rmmod命令卸载的那种）。

4.2 驱动程序的注册与注销

向系统增加一个驱动程序则意味着要赋予它一个主设备号，这一赋值过程是在驱动程序模块的初始化中完成的。ADS8364的初始化入口函数定义如下：

int _init ads8364_init_module(void)全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

{ …..

ret = register_chrdev(11， ADS8364， ad_fops)；

……}

在用insmod命令将编译好的模块调入内存时，ads8364_init_module( )函数被调用。在这里，ads8364_init_module( )只做了一件事，它调用函数register_chrdev( )向内核注册该字符设备。函数register_chrdev（）定义在linux/fs-h> 中。register_chrdev需要三个参数，参数一是希望获得的设备号，如果是零的话，系统将自动选择一个没有被占用的设备号作为该字符设备的主设备号并返回。参数二是设备文件名，这个名字必须插入到/dev目录中，并与驱动程序的主设备号和次设备号相连。参数三用来登记驱动程序实际执行操作的函数的指针。如果登记成功，返回设备的主设备号，不成功，返回一个负值。在此，我们选用当前不用的设备号11作为ADS8364的主设备号，设备名为 ADS8364。

在关闭字符设备或块设备时，还需要通过unregister_chrdev( )从内核中注销设备，并释放主设备号。在用rmmod卸载该驱动模块时，cleanup_module函数被调用，它释放字符设备ADS8364在系统字符设备表中占有的表项。

void ads8364_cleanup_module(void)

{ unregister_chrdev(11， ADS8364)； info("ADS8364 cleanup module ok!")； }

4.3 file_operations结构体的设计

在Linux中，字符设备向内核提供的接口函数集就是文件操作集file_operations结构体。在Linux系统中，打开的设备在内核内部由设备文件file结构标识，内核使用file_operations（文件操作）结构访问驱动程序的函数。每个文件都与自己的函数集相关联（通过包含指向file_operations结构的f_ops指针段实现），这些操作主要负责系统调用的实现[4]。为了使驱动程序在结构的定义发生变化时更具可移植性，并且使得代码更加紧凑且易读，我们首先采用标记化格式声明ADS8364的file_operations结构：

static struct file_operations ad_fops = {全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

owner： THIS_MODULE，/* ad_fops所属的设备模块 */

read：ads8364_read，/*从设备中读数据*/

poll：ads8364_poll， /*查询设备状态*/

ioctl：ads8364_ioctl，/*设备I/O控制*/全功能版J-LINK ARM仿真器V6.0

open：ads 8364_open，/*打开设备操作*/

release：ads 8364_release，/*释放操作*/

}；

file_operations结构体把系统调用和驱动程序关联起来。这个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、open等操作时，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。这就是ADS8364驱动程序工作的基本原理。既然是这样，则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充 file_operations的各个域。下面我们就把file_operations的各个域的功能和主要调用函数加以介绍。

1)设备I/O控制操作函数

与普通文件相比，设备文件的操作要复杂得多，不可能简单地通过 read、write 和llseek 等来实现。所有其它类型的操作都可以通过VFS的ioctl调用来执行，函数定义如下：

static int ads8364_ioctl(struct inode * inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

ads8364_ioctl是ADS8364驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。其中参数inode就是用户程序打开ADS8364时使用open函数返回的文件标示符，cmd就是用户程序对ADS8364的控制命令，它是唯一联系用户程序命令和驱动程序支持的途径，该函数通过cmd区分操作，通过arg传递参数和结果。在驱动程序中实现的ads8364_ioctl函数体内，有一个switch{case}结构，每一个case对应一个命令码，做出一些相应的操作。 ads8364_ioctl的设计的关键就是，如何将cmd命令码在用户程序里生成以及在驱动程序里的解析，所以switch{case}结构在 ads8364_ioctl中至关重要，因为对设备的I/O控制都是通过这一部分的代码实现的。