海竿线怎样绕到鱼线轮:linux内核中struct file_operations结构体介绍

在写底层驱动程序的时候struct file_operations是一个很重要的结构体，这个结构是字符设备驱动程序的核心，当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数，最终会调用这个结构中指定的对应函数。struct file_operations是一个字符设备把驱动的操作和设备号联系在一起的纽带，是一系列指针的集合，每个被打开的文件都对应于一系列的操作，这就是file_operations,用来执行一系列的系统调用。

1、 驱动与内核接口层
　　驱动与内核接口层主要完成驱动模块在Linux内核的注册加载、卸载清除工作。这部分工作分别由初始化和退出函数完成。
　　① 初始化函数完成驱动模块加载：
static int __init DS18B20_init(void){
　　……
　　register_chrdev(DS18B20_MAJOR,DEVICE_NAME, &DS18B20_fops);//完成设备注册
　　#ifdefCONFIG_DEVFS_FS//创建设备文件系统
　　　　devfs_mk_cdev(MKDEV(DS18B20_MAJOR,0),S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP,DEVICE_NAME);
　　#endif
　　……
}
　　② 退出函数完成驱动模块卸载：
static void __exit DS18B20_exit(void) {
　　#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
　　　　devfs_remove(DEVICE_NAME);//移除设备文件
　　#endif
　　unregister_chrdev(DS18B20_MAJOR,DEVICE_NAME); //完成设备注销
　　……
}

2、硬件设备接口层
　　硬件设备接口层用来描述驱动程序与设备的交互。这些工作通过虚拟文件系统与设备驱动程序的接口实现。这个接口由file_operation结构定义，其结构如下：
　　static struct file_operations DS18B20_fops ={
　　.owner=THIS_MODULE, //指向拥有该结构的模块，内核使用该结构维护模块使用计数
　　.open=DS18B20_open, //打开设备函数
　　.read=DS18B20_read, //读接口函数
　　.write=DS18B20_write,//写接口函数
　　.fasync=DS18B20_fasync, //异步通知函数
　　.poll=DS18B20_poll,//poll函数
　　.release=DS18B20_release, //释放设备函数
};

　　2.1   打开设备函数
　　打开设备函数主要完成设备的初始化。
DS18B20_open(struct inode *inode,struct file *filp) {
　　Initial_Timer( );//初始化定时器，使内核模块按一定周期读温度
　　Initial_Device_DS18B20();//初始化硬件
　　readtemperature();//开始读取……
}
void readtemperature(void) {
　　……Temperature=DS18B20read();//读取2个8位数据，此函数完成的硬件操作时序，由当前读通道号变量指定当前通道
　　DS_SLOT_NO();//将本次读通道号放入缓冲区
　　DS18B20Event();//数据放入缓冲区，唤醒等待队列并启动异步通知
　　if(ReleaseFlag)
　　CycleTimer_Delay_Soft(hdelay);//如果没有读停止信号，通过内核定时器延时，进行下一次读，在中断服务程序中再次启动读
　　……
}
　　在使用内核定时器之前需定义一个定时器结构体 static struct timer_list CycleTimer。下面是定时器的具体操作：
static void Initial_Timer(void) {
　　init_timer(&CycleTimer); );//初始化定时器结构
　　CycleTimer.function=DS18B20_timer; //挂接定时中断服务程序
}
         2.2   读接口函数
　　用户程序执行读操作的时候可能没有可以读取的数据，此时需要让read操作等待直到有数据可以读取。在此采用等待队列使进程在无数据读取时进入等待，数据到达时唤醒。等待队列设置成一个循环缓冲区，每放入一个新数据作为缓冲区的头，存放时间最久还未被取走的数据为缓冲区的尾。
DS18B20_read( ) {
　　DECLARE_WAITQUEUE(wait,current);//声明等待队列……
Next_try:
　　if(DS18B20dev.head != DS18B20dev.tail) {//等待队列不为空，即有数据
　　DS18B20_ret=Read_Buffer_DS18B20(); //取走缓冲区的尾
　　copy_to_user( ); //读取的数据送到用户空间
}
　　else { ……//等待队列为空，即没有数据
　　add_wait_queue(&queue,&wait);
　　current>state=TASK_INTERRUPTIBLE;//添加等待队列，声明状态为任务可中断
　　while((DS18B20dev.head==DS18B20dev.tail)&&!signal_pending(current) {//进入等待
　　schedule();
　　current>state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}//如果缓冲区为空,Linux内核调度,等待通知
　　current>state = TASK_RUNNING;//得到有数据的通知，声明任务状态为运行
　　remove_wait_queue(&queue,&wait);//删除等待队列
　　goto Next_try;//返回到读取数据
　　}
}
          2.3   fasync异步通知函数
　　异步通知函数向进程发送SIGIO信号，通知访问设备的进程，表示设备已经准备好I/O读写了，避免主动查询，提高程序效率。使用异步通知需增加一个struct fasync_struct的结构指针，然后实现fasync接口函数。
static struct fasync_struct *fasync;//定义一个结构体
static int DS18B20_fasync(int fd,struct file *filp,int on) {//实现接口函数
　　retval = fasync_helper(fd,filp,on,&fasync);
　　if ( retval<0) return retval;return 0;
}
　　最后在需要向用户空间通知的地方调用内核的kill_fasync函数。在打开设备函数中提到的DS18B20Event()功能是：将数据放入循环缓冲区，唤醒等待队列并启动异步通知，其后两项功能是这样实现的：
　　wake_up_interruptible(&queue);//唤醒等待队列
　　if (fasync) {
　　kill_fasync(&fasync,SIGIO,POLL_IN);//发送异步通知信号
　　}
          2.4   poll系统调用操作接口函数
　　当程序需要进行对多个文件读写时，如果某个文件没有准备好，则系统就会处于读写阻塞的状态，影响其他文件的读写。为了避免读写阻塞，使用poll函数。如果设备无阻塞地读，就返回POLLIN； 通常的数据已经准备好，可以读了，就返回POLLRDNORM。
static unsigned int DS18B20_poll(struct file *flip, poll_table *wait) {
　　poll_wait(flip,&queue,wait);
　　if(DS18B20dev.head != DS18B20dev.tail) {
　　　　return POLLIN|POLLRDNORM;
　　}
　　return 0;
}
       2.5   release释放设备函数
   static intDS18B20_release(struct inode *inode,struct file *filp) {
　　ReleaseFlag=0//内核停止读取温度标志
　　DS18B20_fasync(1,filp,0);//关闭异步通知
　　module_put(THIS_MODULE);//设备计数器减1
　　return 0;
}
　　写接口函数用来通知驱动。例如通知驱动读取通道2的数据，在应用程序中执行写接口函数write（fileno,&SLOT2,1），驱动设置当前读通道号为2。
　　至此完成驱动接口函数。此驱动属于字符设备驱动，将源程序放在driver/char目录下。同时需要修改该目录下的Kconfig配置文件并添加 Config18B20_S3C2410选项，修改driver/char/Makefile，添加obj$(CONFIG_18B20_S3C2410)+=S3C2410_18B20.O。最后重新配置内核，将驱动以模块形式添加到内核，这样就可以编译驱动了。