Linux设备驱动程序包括哪些功能函数?

封面图 • 2025-11-08 • Linux

Linux设备驱动程序是内核中的一部分，用于与硬件交互。它主要负责初始化设备、处理设备的读写操作、控制设备行为等。Linux设备驱动程序通常包含以下几个关键的功能函数：

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### 1. **`probe` 函数**
- **作用**：当设备被发现（如通过设备树或平台总线）时调用。
- **功能**：初始化设备，分配资源（如内存、中断），注册设备（如字符设备、块设备等）。
- **示例**：
  ```c
  static int my_device_probe(struct platform_device *pdev)
  {
      // 初始化设备
      return 0;
  }
  ```

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### 2. **`remove` 函数**
- **作用**：当设备被移除时调用。
- **功能**：释放之前分配的资源，注销设备。
- **示例**：
  ```c
  static int my_device_remove(struct platform_device *pdev)
  {
      // 释放资源
      return 0;
  }
  ```

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### 3. **`open` 函数**
- **作用**：当用户空间程序调用 `open()` 打开设备文件时调用。
- **功能**：初始化设备状态，检查权限等。
- **示例**：
  ```c
  static int my_open(struct inode *inode, struct file *file)
  {
      // 打开设备
      return 0;
  }
  ```

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### 4. **`release` 函数**
- **作用**：当用户空间程序调用 `close()` 关闭设备文件时调用。
- **功能**：释放资源，关闭设备。
- **示例**：
  ```c
  static int my_release(struct inode *inode, struct file *file)
  {
      // 关闭设备
      return 0;
  }
  ```

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### 5. **`read` 函数**
- **作用**：当用户空间程序调用 `read()` 从设备读取数据时调用。
- **功能**：从设备读取数据并返回给用户空间。
- **示例**：
  ```c
  static ssize_t my_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
  {
      // 读取数据
      return 0;
  }
  ```

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### 6. **`write` 函数**
- **作用**：当用户空间程序调用 `write()` 向设备写入数据时调用。
- **功能**：将用户空间的数据写入设备。
- **示例**：
  ```c
  static ssize_t my_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
  {
      // 写入数据
      return count;
  }
  ```

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### 7. **`ioctl` 函数**
- **作用**：用于发送控制命令到设备。
- **功能**：处理特定的控制命令，如设置参数、获取状态等。
- **示例**：
  ```c
  static long my_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
  {
      switch (cmd) {
          case MY_IOCTL_CMD:
              // 处理命令
              break;
          default:
              return -ENOTTY;
      }
      return 0;
  }
  ```

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### 8. **`mmap` 函数（可选）**
- **作用**：实现内存映射（`mmap()`）功能。
- **功能**：将设备的物理地址映射到用户空间的虚拟地址。
- **示例**：
  ```c
  static int my_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
  {
      // 映射内存
      return 0;
  }
  ```

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### 9. **`poll` / `select` 函数（可选）**
- **作用**：用于支持非阻塞 I/O 或 `select()`/`poll()` 系统调用。
- **功能**：检查设备是否有数据可读或可写。
- **示例**：
  ```c
  static unsigned int my_poll(struct file *file, poll_table *wait)
  {
      // 检查设备状态
      return POLLIN | POLLRDNORM;
  }
  ```

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### 10. **`interrupt handler`（中断处理函数）**
- **作用**：处理设备产生的中断。
- **功能**：响应硬件中断，处理数据或通知上层驱动。
- **示例**：
  ```c
  static irqreturn_t my_irq_handler(int irq, void *dev_id)
  {
      // 处理中断
      return IRQ_HANDLED;
  }
  ```

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### 11. **`init` 和 `exit` 函数（模块加载/卸载）**
- **作用**：用于模块化驱动程序的加载和卸载。
- **功能**：在模块加载时初始化设备，在卸载时清理资源。
- **示例**：
  ```c
  module_init(my_driver_init);
  module_exit(my_driver_exit);

static int __init my_driver_init(void)
  {
      // 注册驱动
      return 0;
  }

static void __exit my_driver_exit(void)
  {
      // 卸载驱动
  }
  ```

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## 总结

| 函数名         | 作用                         |
|----------------|------------------------------|
| `probe`        | 设备初始化                   |
| `remove`       | 设备移除时清理               |
| `open`         | 打开设备                     |
| `release`      | 关闭设备                     |
| `read`         | 读取数据                     |
| `write`        | 写入数据                     |
| `ioctl`        | 控制设备                     |
| `mmap`         | 内存映射                     |
| `poll`         | 支持非阻塞 I/O               |
| `interrupt handler` | 处理硬件中断             |
| `init`/`exit`  | 模块加载/卸载                |

这些函数构成了一个完整的 Linux 设备驱动程序的基本框架，具体实现会根据设备类型（字符设备、块设备、网络设备等）有所不同。