Linux下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序被組織為一組完成不同任務(wù)的函數(shù)的集合，通過這些函數(shù)使得linux的設(shè)備操作猶如文件一般。在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以象操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作，如open()、close()、read()、write() 等。

Linux主要將設(shè)備分為二類：字符設(shè)備和塊設(shè)備。字符設(shè)備是指設(shè)備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以字符的形式進(jìn)行；而塊設(shè)備則以整個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的形式進(jìn)行。字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)相對(duì)比較簡單。

下面我們來假設(shè)一個(gè)非常簡單的虛擬字符設(shè)備：這個(gè)設(shè)備中只有一個(gè)4個(gè)字節(jié)的全局變量int global_var，而這個(gè)設(shè)備的名字叫做"globalvar"。對(duì)"globalvar"設(shè)備的讀寫等操作即是對(duì)其中全局變量global_var的操作。

驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，因此我們需要給其添加模塊初始化函數(shù)，該函數(shù)用來完成對(duì)所控設(shè)備的初始化工作，并調(diào)用register_chrdev() 函數(shù)注冊(cè)字符設(shè)備：

static int __init globalvar_init(void)
{
  if (register_chrdev(MAJOR_NUM, " globalvar ", &gobalvar_fops))

　{

　　//…注冊(cè)失敗

　}

　else

　{

　　//…注冊(cè)成功

　}
}

其中，register_chrdev函數(shù)中的參數(shù)MAJOR_NUM為主設(shè)備號(hào), "globalvar"為設(shè)備名，globalvar_fops為包含基本函數(shù)入口點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體，類型為file_operations。當(dāng)globalvar模塊被加載時(shí)，globalvar_init被執(zhí)行，它將調(diào)用內(nèi)核函數(shù)register_chrdev，把驅(qū)動(dòng)程序的基本入口點(diǎn)指針存放在內(nèi)核的字符設(shè)備地址表中，在用戶進(jìn)程對(duì)該設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)提供入口地址。

與模塊初始化函數(shù)對(duì)應(yīng)的就是模塊卸載函數(shù)，需要調(diào)用register_chrdev()的"反函數(shù)"

unregister_chrdev()：

static void __exit globalvar_exit(void)

{

　if (unregister_chrdev(MAJOR_NUM, " globalvar "))

　{

　　//…卸載失敗

　}

　else

　{

　　//…卸載成功

　}

}

隨著內(nèi)核不斷增加新的功能，file_operations結(jié)構(gòu)體已逐漸變得越來越大，但是大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)程序只是利用了其中的一部分。對(duì)于字符設(shè)備來說，要提供的主要入口有：open()、release()、read()、write()、ioctl()、llseek()、poll()等。

open()函數(shù)　對(duì)設(shè)備特殊文件進(jìn)行open()系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，將調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的open() 函數(shù)：

int (*open)(struct inode * ,struct file *);

其中參數(shù)inode為設(shè)備特殊文件的inode (索引結(jié)點(diǎn)) 結(jié)構(gòu)的指針，參數(shù)file是指向這一設(shè)備的文件結(jié)構(gòu)的指針。open()的主要任務(wù)是確定硬件處在就緒狀態(tài)、驗(yàn)證次設(shè)備號(hào)的合法性(次設(shè)備號(hào)可以用 MINOR(inode-> i - rdev) 取得)、控制使用設(shè)備的進(jìn)程數(shù)、根據(jù)執(zhí)行情況返回狀態(tài)碼(0表示成功，負(fù)數(shù)表示存在錯(cuò)誤)等；

release()函數(shù)　當(dāng)最后一個(gè)打開設(shè)備的用戶進(jìn)程執(zhí)行close ()系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，內(nèi)核將調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的release() 函數(shù)：

void (*release) (struct inode * ,struct file *) ;

release 函數(shù)的主要任務(wù)是清理未結(jié)束的輸入/輸出操作、釋放資源、用戶自定義排他標(biāo)志的復(fù)位等。

read()函數(shù)　當(dāng)對(duì)設(shè)備特殊文件進(jìn)行read() 系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，將調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序read()函數(shù)：

ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);

用來從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)該函數(shù)指針被賦為NULL 值時(shí)，將導(dǎo)致read 系統(tǒng)調(diào)用出錯(cuò)并返回-EINVAL（"Invalid argument，非法參數(shù)"）。函數(shù)返回非負(fù)值表示成功讀取的字節(jié)數(shù)（返回值為"signed size"數(shù)據(jù)類型，通常就是目標(biāo)平臺(tái)上的固有整數(shù)類型）。

globalvar_read函數(shù)中內(nèi)核空間與用戶空間的內(nèi)存交互需要借助第2節(jié)所介紹的函數(shù)：

static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off)

{

　…

　copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int));

　…

}

write( ) 函數(shù)　當(dāng)設(shè)備特殊文件進(jìn)行write () 系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，將調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的write () 函數(shù)：

ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);

向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。如果沒有這個(gè)函數(shù)，write 系統(tǒng)調(diào)用會(huì)向調(diào)用程序返回一個(gè)-EINVAL。如果返回值非負(fù)，則表示成功寫入的字節(jié)數(shù)。

globalvar_write函數(shù)中內(nèi)核空間與用戶空間的內(nèi)存交互需要借助第2節(jié)所介紹的函數(shù)：

static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t　*off)

{

…

copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int));

…

}

ioctl() 函數(shù)　該函數(shù)是特殊的控制函數(shù)，可以通過它向設(shè)備傳遞控制信息或從設(shè)備取得狀態(tài)信息，函數(shù)原型為：

int (*ioctl) (struct inode * ,struct file * ,unsigned int ,unsigned long);

unsigned int參數(shù)為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要執(zhí)行的命令的代碼，由用戶自定義，unsigned long參數(shù)為相應(yīng)的命令提供參數(shù)，類型可以是整型、指針等。如果設(shè)備不提供ioctl 入口點(diǎn)，則對(duì)于任何內(nèi)核未預(yù)先定義的請(qǐng)求，ioctl 系統(tǒng)調(diào)用將返回錯(cuò)誤（-ENOTTY，"No such ioctl fordevice，該設(shè)備無此ioctl 命令"）。如果該設(shè)備方法返回一個(gè)非負(fù)值，那么該值會(huì)被返回給調(diào)用程序以表示調(diào)用成功。