linux块设备驱动之实例

前两篇blog已经基本熟悉了块设备的相关结构，这里来总结下ldd3中提到的一些块设备驱动例题；

1、注册：向内核注册个块设备驱动，其实就是用主设备号告诉内核这个代表块设备驱动

        sbull_major  =  register_blkdev(sbull_major, "sbull");
        if (0 >=  sbull_major){
            printk(KERN_WARNING "sbull:   unable  to  get  major  number!\n");
            return  -EBUSY;
        }

2、定义设备结构体：

struct sbull_dev{
     int size; // 以扇区为单位，设备的大小
     u8  *data; // 数据数组
     short users; // 用户数目
     short media_change; // 介质改变标识
     spinlock_t lock; // 用于互斥
     struct request_queue  *queue; // 设备请求队列
     struct gendisk  *gd; // gendisk结构
     struct timer_list time; // 用来模拟介质改变
 };

3、初始化设备结构体：

 memset(dev, 0, sizeof(struct sbull_dev));
 dev->size  = nsectors * hardsect_size;
 dev->data  = vmalloc(dev->size);
 if (dev->data == NULL){
     printk(KERN_NOTICE "vmalloc failure.\n");
     return;
 }
 spin_lock_init(&dev->lock);//初始化自旋锁，为了下一步的队列分配

4、创建设备的请求队列：

dev->queue = blk_init_queue(sbull_request,  &dev->lock);

5、分配、初始化及安装相应的gendisk结构：

 dev->gd = alloc_disk(SBULL_MINORS);
 if (!dev->gd) {
     printk (KERN_NOTICE "alloc_disk failure.\n");
     goto out_vfree;
 }
 dev->gd->major = sbull_major;
 dev->gd->first_minor = which*SBULL_MINORS;
 dev->gd->fops = &sbull_ops;
 dev->gd->queue = dev->queue;
 dev->gd->private_data= dev;
 snprintf(dev->gd->disk_name, 32, "sbull%c", which + 'a');
 set_capacity(dev->gd, nsectors*(hardsect_size/KERNEL_SECTOR_SIZE));//使用KERNEL_SECTOR_SIZE本地常量，进行内核512字节扇区到实际使用的扇区大小转换

 add_disk(dev->gd);

SBULL_MINORS是每个设备所支持的次设备号的数量，地一个设备名为 sbulla，第二个为sbullb.用户空间可以添加分区，第二个设备上的第三个分区可能是 /dev/sbullb3。

6、设置队列支持的扇区大小

通知内核设备所支持的扇区大小，硬件扇区大小作为一个参数放在队列中，而不是在gendisk中。当分配好队列后就要马上调用下面函数：

blk_queue_hardsect_size(dev->queue,  hardset_size);

调用了上面的函数后，内核就会对我们的设备使用设定的硬件扇区大小，所有的I/O请求毒定位在硬件扇区的开始位置，并且每个请求的大小都将是扇区大小的整数倍。记住：内核总是认为扇区大小是512字节，因此必须将所有的扇区数进行转换。

7、实现操作函数：

打开设备函数：

 static int sbull_open(struct inode *inode,  struct file *filp)
 {
     struct sbull_dev  *dev = inode->i_bdev->bd_disk->private_data;

     del_timer_sync(&dev->timer);//移除定时器
     filp->private_data = dev;
     spin_lock(&dev->lock);

     if (!dev->users)
         check_disk_change(inode->i_bdev);//检查驱动器中的介质是否改变
     dev->users++;// 增加用户计数
     spin_unlock(&dev->lock);
     return 0;
 }

关闭设备函数：

 static int sbull_release(struct inode *inode,  struct file *filp)
 {
     struct sbull_dev  *dev = inode->i_bdev->bd_disk->private_data;

     spin_lock(&dev->lock);
     dev->users--;

     if (!dev->users){
         dev->timer.expires = jiffies + INVALIDATE_DELAY;//设置定时器
         add_timer(&dev->timer);
     }

     spin_unlock(&dev->lock);
     return 0;
 }

其他的函数也是一样实现，和字符设备驱动的类似。这里就不写了，接下来看看核心部分，对于一个块设备驱动来说核心部分就是请求，几乎所有的重心都在请求函数；

8、处理请求操作

dev->queue = blk_queue_init(&sbull_request, &dev->lock);
 static void sbull_request(request_queue_t *q)
 {
     struct request *req;
 
     while((req = elv_next_request(q)) != NULL){//获取队列中第一个未完成的请求，没有则返回NULL。处理完后不删除该请求
         struct sbull_dev *dev = req->rq_disk->private_data;
         if (! blk_fs_request(req)){// 判断是否是一个文件系统请求，即是不是块设备请求
             printk(KERN_NOTICE "skip non-fs  request.\n");
             end_request(req, 0);
             continue;
         }
         //sbull_transfer()函数是真正的处理块设备请求函数
         sbull_transfer(dev, req->sector, req->current_nr_sectors, req->buffer, rq_data_dir(req));
         end_request(req, 1);
     }
 }
 
 void end_request(struct request* req, int succeeded);
 
// sector开始扇区的索引号，指的是512字节的扇区，如果是2048字节的扇区，则要sector/4再传递
// nsect 表示要传递多少个扇区； buffer 数据缓存的地址指针；write 表示数据传递的方向，即：read/write；
 static void sbull_transfer(struct sbull_dev *dev, unsigned long sector, unsigned long nsect, char *buffer, int write)
 {
     unsigned long offset = sector*KERNEL_SECTOR_SIZE;
     unsigned long nbytes = nsect*KERNEL_SECTOR_SIZE;
 
     if ((offset + nbytes) > dev->size){
         printk(KERN_NOTICE "Beyond-end  write (%ld %ld)\n", offset, nbytes);
         return;
     }
 
     if (write)
         memcpy(dev->data + offset, buffer, nbytes);
     else
         memcpy(buffer, dev->data + offset, nbytes);
 }

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