在系统内部，I/O设备的存取通过一组固定的入口点来进行，这组入口点是由每个设备的设备驱动程序提供的。一般来说，字符型设备驱动程序能够提供如下几个入口点：
(1) open入口点。打开设备准备I/O操作。对字符特别设备文件进行打开操作，都会调用设备的open入口点。open子程序必须对将要进行的I/O操作做好必要的准备工作，如清除缓冲区等。如果设备是独占的，即同一时刻只能有一个程序访问此设备，则open子程序必须设置一些标志以表示设备处于忙状态。
(2) close入口点。关闭一个设备。当最后一次使用设备终结后，调用close子程序。独占设备必须标记设备可再次使用。
(3) read入口点。从设备上读数据。对于有缓冲区的I/O操作，一般是从缓冲区里读数据。对字符特别设备文件进行读操作将调用read子程序。
(4) write入口点。往设备上写数据。对于有缓冲区的I/O操作，一般是把数据写入缓冲区里。对字符特别设备文件进行写操作将调用write子程序。
(5) ioctl入口点。执行读、写之外的操作。
(6) select入口点。检查设备，看数据是否可读或设备是否可用于写数据。select系统调用在检查与设备特别文件相关的文件描述符时使用select入口点。如果设备驱动程序没有提供上述入口点中的某一个，系统会用缺省的子程序来代替。对于不同的系统，也还有一些其它的入口点。
3.2、LINUX系统下的设备驱动程序
具体到LINUX系统里，设备驱动程序所提供的这组入口点由一个结构来向系统进行说明，此结构定义为：
#include $#@60;linux/fs.h$#@62;
struct file_operations {
int (*lseek)(struct inode *inode,struct file *filp,
off_t off,int pos);
int (*read)(struct inode *inode,struct file *filp,
char *buf, int count);
int (*write)(struct inode *inode,struct file *filp,
char *buf,int count);
int (*readdir)(struct inode *inode,struct file *filp,
struct dirent *dirent,int count);
int (*select)(struct inode *inode,struct file *filp,
int sel_type,select_table *wait);
int (*ioctl) (struct inode *inode,struct file *filp,
unsigned int cmd,unsigned int arg);
int (*mmap) (void);
int (*open) (struct inode *inode, struct file *filp);
void (*release) (struct inode *inode, struct file *filp);
int (*fsync) (struct inode *inode, struct file *filp);
};
其中，struct inode提供了关于特别设备文件/dev/driver（假设此设备名
为driver）的信息，它的定义为：
#include $#@60;linux/fs.h$#@62;
struct inode {
dev_t i_dev;
unsigned long i_ino; /* Inode number */
umode_t i_mode; /* Mode of the file */
nlink_t i_nlink;
uid_t i_uid;
gid_t i_gid;
dev_t i_rdev; /* Device major and minor numbers*/
off_t i_size;
time_t i_atime;
time_t i_mtime;
time_t i_ctime;
unsigned long i_blksize;
unsigned long i_blocks;
struct inode_operations * i_op;
struct super_block * i_sb;
struct wait_queue * i_wait;
struct file_lock * i_flock;
struct vm_area_struct * i_mmap;
struct inode * i_next, * i_prev;
struct inode * i_hash_next, * i_hash_prev;
struct inode * i_bound_to, * i_bound_by;
unsigned short i_count;
unsigned short i_flags; /* Mount flags (see fs.h) */
unsigned char i_lock;
unsigned char i_dirt;
unsigned char i_pipe;
unsigned char i_mount;
unsigned char i_seek;
unsigned char i_update;
union {
struct pipe_inode_info pipe_i;
struct minix_inode_info minix_i;
struct ext_inode_info ext_i;
struct msdos_inode_info msdos_i;
struct iso_inode_info isofs_i;
struct nfs_inode_info nfs_i;
} u;
};
struct file主要用于与文件系统对应的设备驱动程序使用。当然，其它设
备驱动程序也可以使用它。它提供关于被打开的文件的信息，定义为：
#include $#@60;linux/fs.h$#@62;
struct file {
mode_t f_mode;
dev_t f_rdev; /* needed for /dev/tty */
off_t f_pos; /* Curr. posn in file */
unsigned short f_flags; /* The flags arg passed to open
*/
unsigned short f_count; /* Number of opens on this file
*/
unsigned short f_reada;
struct inode *f_inode; /* pointer to the inode struct */
struct file_operations *f_op;/* pointer to the fops struct*/
};
在结构file_operations里，指出了设备驱动程序所提供的入口点位置，分
别是：
(1) lseek，移动文件指针的位置，显然只能用于可以随机存取的设备。
(2) read，进行读操作，参数buf为存放读取结果的缓冲区，count为所要
读取的数据长度。返回值为负表示读取操作发生错误，否则返回实际读取
的字节数。对于字符型，要求读取的字节数和返回的实际读取字节数都必
须是inode-$#@62;i_blksize的的倍数。
(3) write，进行写操作，与read类似。
(4) readdir，取得下一个目录入口点，只有与文件系统相关的设备驱动程序
才使用。
(5) selec，进行选择操作，如果驱动程序没有提供select入口，select操
作将会认为设备已经准备好进行任何的I/O操作。
(6) ioctl，进行读、写以外的其它操作，参数cmd为自定义的的命令。
(7) mmap，用于把设备的内容映射到地址空间，一般只有块设备驱动程序使
用。
(8) open，打开设备准备进行I/O操作。返回0表示打开成功，返回负数表
示失败。如果驱动程序没有提供open入口，则只要/dev/driver文件存
在就认为打开成功。
(9) release，即close操作。
设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化的时候向系统进行登
记，以便系统在适当的时候调用。LINUX系统里，通过调用register_chrdev
向系统注册字符型设备驱动程序。register_chrdev定义为：
#include $#@60;linux/fs.h$#@62;
#include $#@60;linux/errno.h$#@62;
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
struct file_operations *fops);
其中，major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号，如果为0则系统为此
驱动程序动态地分配一个主设备号。name是设备名。fops就是前面所说的对各个
调用的入口点的说明。此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号
非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申
请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。如果是动态分配主设备号成功，此
函数将返回所分配的主设备号。如果register_chrdev操作成功，设备名就会出
现在/proc/devices文件里。
初始化部分一般还负责给设备驱动程序申请系统资源，包括内存、中断、时
钟、I/O端口等，这些资源也可以在open子程序或别的地方申请。在这些资源不
用的时候，应该释放它们，以利于资源的共享。
在UNIX系统里，对中断的处理是属于系统核心的部分，因此如果设备与系
统之间以中断方式进行数据交换的话，就必须把该设备的驱动程序作为系统核心
的一部分。设备驱动程序通过调用request_irq函数来申请中断，通过free_irq
来释放中断。它们的定义为：
#include $#@60;linux/sched.h$#@62;
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq,void dev_id,struct pt_regs *regs),
unsigned long flags,
const char *device,
void *dev_id);
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
相关文章