Linux驅動程式編寫

2.4 常用的系統支援
　　
　　　　2.4.1 記憶體申請和釋放
　　
　　include/linux/kernel.h裡聲明了kmalloc()和kfree()。用於在核心模式下申請和釋放記憶體。
　　void *kmalloc(unsigned int len,int priority);
　　void kfree(void *__ptr);
　　
　　與使用者模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方。可以申請的最大長度也有限制。另外kmalloc()有priority參數，通常使用時可以為GFP_KERNEL，如果在中斷裡調用用GFP_ATOMIC參數，因為使用GFP_KERNEL則調用者可能進入sleep狀態，在處理中斷時是不允許的。
　　
　　kfree()釋放的記憶體必須是kmalloc()申請的。如果知道記憶體的大小，也可以用kfree_s()釋放。
　　
　　　　2.4.2 request_irq()、free_irq()
　　
　　這是驅動程式申請中斷和釋放中斷的調用。在include/linux/sched.h裡聲明。request_irq()調用的定義：
　　int request_irq(unsigned int irq,
　　void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
　　unsigned long irqflags,
　　const char * devname,
　　void *dev_id);
　　
　　irq是要申請的硬體中斷號。在Intel平台，範圍0--15。handler是向系統登記的中斷處理函數。這是一個回呼函數，中斷髮生時，系統調用這個函數，傳入的參數包括硬體中斷號，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時傳遞給系統的參數dev_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，標明中斷處理常式是快速處理常式(設定SA_INTERRUPT)還是慢速處理常式(不設定SA_INTERRUPT)。快速處理常式被調用時屏蔽所有中斷。慢速處理常式不屏蔽。還有一個SA_SHIRQ屬性，設定了以後運行多個裝置共用中斷。dev_id在中斷共用時會用到。一般設定為這個裝置的device結構本身或者NULL。中斷處理常式可以用dev_id找到相應的控制這個中斷的裝置，或者用rq2dev_map找到中斷對應的裝置。
　　
　　void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);
　　2.4.3 時鐘
　　
　　時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函數，在預定的時間過後，系統時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函數，在預定的時間過後，系統會調用這個函數。在include/linux/timer.h裡聲明。
　　
　　struct timer_list {
　　struct timer_list *next;
　　struct timer_list *prev;
　　unsigned long expires;
　　unsigned long data;
　　void (*function)(unsigned long);
　　};
　　void add_timer(struct timer_list * timer);
　　int del_timer(struct timer_list * timer);
　　void init_timer(struct timer_list * timer);
　　
　　使用時鐘，先聲明一個timer_list結構，調用init_timer對它進行初始化。time_list結構裡expires是標明這個時鐘的周期，單位採用jiffies的單位。jiffies是Linux一個全域變數，代表時間。它的單位隨硬體平台的不同而不同。系統裡定義了一個常數HZ，代表每秒種最小時間間隔的數目。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平台jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。所以expires/HZ就是以秒為單位的這個時鐘的周期。
　　
　　function就是時間到了以後的回呼函數，它的參數就是timer_list中的data。data這個參數在初始化時鐘的時候賦值，一般賦給它裝置的device結構指標。
　　
　　在預置時間到系統調用function，同時系統把這個time_list從定時隊列裡清除。所以如果需要一直使用定時函數，要在function裡再次調用add_timer()把這個函數。
　　
　　I/O連接埠的存取使用：
　　inline unsigned int inb(unsigned short port);
　　inline unsigned int inb_p(unsigned short port);
　　inline void outb(char value, unsigned short port);
　　inline void outb_p(char value, unsigned short port);
　　在include/adm/io.h裡定義。
　　inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在於前者在存取I/O時有等待
　　(pause)一適應慢速的I/O裝置。
　　為了防止存取I/O時發生衝突，Linux提供對連接埠使用方式的控制。在使用連接埠之前，可以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把連接埠標記為正在使用，使用完後再釋放。系統提供以下幾個函數做這些工作。
　　
　　int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);
　　void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)
　　;
　　void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
　　其中的參數from表示用到的I/O連接埠的起始地址，extent標明從from開始的連接埠數目。name為裝置名稱。
　　void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
　　其中的參數from表示用到的I/O連接埠的起始地址，extent標明從from開始的連接埠數目。name為裝置名稱。
　　
　　　　2.4.5 中斷開啟關閉
　　
　　系統提供給驅動程式開放和關閉響應中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個定義。
　　#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)
　　#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)
　　
　　　　2.4.6 列印資訊
　　
　　類似普通程式裡的printf()，驅動程式要輸出資訊使用printk()。在include/linux/kernel.h裡聲明。
　　int printk(const char* fmt, ...);
　　其中fmt是格式化字串。...是參數。都是和printf()格式一樣的。
　　
　　　　2.4.7 註冊驅動程式
　　
　　如果使用模組(module)方式載入驅動程式，需要在模組初始化時把裝置註冊
　　
　　到系統裝置表裡去。不再使用時，把裝置從系統中卸載。定義在drivers/net/net_init.h裡的兩個函數完成這個工作。
　　
　　int register_netdev(struct device *dev);
　　void unregister_netdev(struct device *dev);
　　
　　dev就是要註冊進系統的裝置結構指標。在register_netdev()時，dev就是要註冊進系統的裝置結構指標。在register_netdev()時，dev結構一般填寫前面11項，即到init，後面的暫時可以不用初始化。最重要的是name指標和init方法。name指標空(NULL)或者內容為或者name[0]為空白格(space)，則系統把你的裝置做為乙太網路裝置處理。乙太網路裝置有統一的命名格式，ethX。對乙太網路這麼特別對待大概和Linux的曆史有關。
　　init方法一定要提供，register_netdev()會調用這個方法讓你對硬體檢測和設定。
　　
　　register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。
　　2.4.8 sk_buff
　　
　　Linux網路各層之間的資料傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩衝區的方法，是Linux系統網路高效啟動並執行關鍵。每個sk_buff包括一些控制方法和一塊資料緩衝區。控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個buffer鏈的方法，另一種是控制資料緩衝區的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據網路應用的特點，對鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制方法都很短小以盡量減少系統負荷。(translated from article written by AlanCox)
　　.alloc_skb() 申請一個sk_buff並對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。
　　.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩衝區後，保留16位元組的幀頭空間。主要用在Ethernet驅動程式。
　　.kfree_skb() 釋放一個sk_buff。
　　.skb_clone() 複製一個sk_buff，但不複製資料部分。
　　.skb_copy()完全複製一個sk_buff。
　　.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表裡取出第一個元素。返回取出的sk_buff
　　.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表裡取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表空則返回NULL。這是常用的一個操作。
　　.skb_queue_head() 在一個sk_buff鏈表頭放入一個元素。
　　.skb_queue_tail() 在一個sk_buff鏈表尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網路資料的處理主要是對一個先進先出隊列的管理，skb_queue_tail()和skb_dequeue()完成這個工作。
　　.skb_insert() 在鏈表的某個元素前插入一個元素。
　　.skb_append() 在鏈表的某個元素後插入一個元素。一些協議(如TCP)對沒按順序到達的資料進行重組時用到skb_insert()和skb_append()。
　　.skb_reserve() 在一個申請好的sk_buff的緩衝區裡保留一塊空間。這個空間一般是用做下一層協議的頭空間的。
　　.skb_put() 在一個申請好的sk_buff的緩衝區裡為資料保留一塊空間。在
　　alloc_skb以後，申請到的sk_buff的緩衝區都是處於空(free)狀態，有一個tail指標指向free空間，實際上開始時tail就指向緩衝區頭。skb_reserve()在free空間裡申請協議頭空間，skb_put()申請資料空間。見下面的圖。
　　.skb_push() 把sk_buff緩衝區裡資料空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到Data area。
　　.skb_pull() 把sk_buff緩衝區裡Data area中的空間移一部分到Head room中。
　　
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　　| Tail room(free) |
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　　After alloc_skb()
　　
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　　| Head room | Tail room(free) |
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　　After skb_reserve()
　　
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　　| Head room | Data area | Tail room(free) |
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　　After skb_put()
　　
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　　|Head| skb_ | Data | Tail room(free) |
　　|room| push | | |
　　| | Data area | |
　　--------------------------------------------------
　　After skb_push()
　　
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　　| Head | skb_ | Data area | Tail room(free) |
　　| | pull | | |
　　| | pull | | |
　　| Head room | | |
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　　After skb_pull()

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