4. 编写简单的字符设备驱动框架

任务目标

在VxWorks 7中实现一个最小字符设备驱动框架，注册open、read、write、ioctl四个操作，并通过设备驱动表完成设备注册，最终在应用层通过open()/write()/read()/ioctl()系统调用验证驱动可用性。

环境依赖

  • VxWorks 7 + Workbench 4（或以上），目标机为x86或ARM模拟器均可
  • 需包含INCLUDE_POSIX与INCLUDE_IO_SYSTEM组件（默认BSP已启用）
  • 驱动代码编译为可下载内核模块（DKM）或静态链接到VIP均可

驱动实现

以下代码定义了一个名为demoDev的字符设备，内部维护一个4字节缓冲区。所有操作通过标准文件描述符接口暴露，设备驱动表项由iosDevAdd注册到I/O系统。

/* demoCharDrv.c - 最小字符设备驱动框架 */
#include <vxWorks.h>
#include <iosLib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errnoLib.h>

/* 设备私有数据结构 */
typedef struct
    {
    char    buffer[4];      /* 内部缓冲区 */
    int     bufLen;         /* 当前有效数据长度 */
    } DEMO_DEV;

/* 函数声明 */
static int  demoOpen (DEMO_DEV *pDev, char *name, int flags, int mode);
static int  demoRead (DEMO_DEV *pDev, char *buffer, int maxBytes);
static int  demoWrite (DEMO_DEV *pDev, char *buffer, int nBytes);
static int  demoIoctl (DEMO_DEV *pDev, int cmd, int arg);

/* 设备驱动表项 */
static IOS_DRV_TABLE demoDrvTable =
    {
    NULL,               /* create */
    NULL,               /* delete */
    demoOpen,           /* open   */
    NULL,               /* close  */
    demoRead,           /* read   */
    demoWrite,          /* write  */
    demoIoctl           /* ioctl  */
    };

/* 设备名 */
#define DEMO_DEV_NAME   "/dev/demo0"

/******************************************************************************
 * demoOpen - 打开设备时调用
 *****************************************************************************/
static int demoOpen (DEMO_DEV *pDev, char *name, int flags, int mode)
    {
    /* 设备已通过iosDevAdd挂载，此处仅做权限校验示例 */
    if (pDev == NULL)
        {
        errnoSet (S_ioLib_NO_DEV);
        return ERROR;
        }
    return OK;
    }

/******************************************************************************
 * demoRead - 从设备缓冲区读取数据
 *****************************************************************************/
static int demoRead (DEMO_DEV *pDev, char *buffer, int maxBytes)
    {
    int copyLen;

    if (pDev == NULL || buffer == NULL)
        {
        errnoSet (EINVAL);
        return ERROR;
        }

    copyLen = (pDev->bufLen < maxBytes) ? pDev->bufLen : maxBytes;
    if (copyLen > 0)
        {
        memcpy (buffer, pDev->buffer, copyLen);
        pDev->bufLen = 0;      /* 读后清空 */
        }
    return copyLen;
    }

/******************************************************************************
 * demoWrite - 向设备缓冲区写入数据（最多4字节）
 *****************************************************************************/
static int demoWrite (DEMO_DEV *pDev, char *buffer, int nBytes)
    {
    int copyLen;

    if (pDev == NULL || buffer == NULL)
        {
        errnoSet (EINVAL);
        return ERROR;
        }

    copyLen = (nBytes < (int)sizeof (pDev->buffer)) ? nBytes : sizeof (pDev->buffer);
    memcpy (pDev->buffer, buffer, copyLen);
    pDev->bufLen = copyLen;
    return copyLen;
    }

/******************************************************************************
 * demoIoctl - 控制命令处理（示例：CMD_GET_LEN查询当前数据长度）
 *****************************************************************************/
#define DEMO_CMD_GET_LEN    0x1001

static int demoIoctl (DEMO_DEV *pDev, int cmd, int arg)
    {
    if (pDev == NULL)
        {
        errnoSet (EINVAL);
        return ERROR;
        }

    switch (cmd)
        {
        case DEMO_CMD_GET_LEN:
            *(int *)arg = pDev->bufLen;
            return OK;

        default:
            errnoSet (ENOSYS);
            return ERROR;
        }
    }

/******************************************************************************
 * demoDevInit - 驱动初始化入口：注册驱动并添加设备
 *****************************************************************************/
STATUS demoDevInit (void)
    {
    DEMO_DEV *pDev;
    int      drvNum;

    /* 1. 分配设备私有数据 */
    pDev = (DEMO_DEV *)calloc (1, sizeof (DEMO_DEV));
    if (pDev == NULL)
        {
        return ERROR;
        }

    /* 2. 注册驱动到I/O系统，获得驱动编号 */
    drvNum = iosDrvInstall (&demoDrvTable);
    if (drvNum == ERROR)
        {
        free (pDev);
        return ERROR;
        }

    /* 3. 将设备名与驱动编号、设备结构绑定 */
    if (iosDevAdd (&pDev->devHdr, DEMO_DEV_NAME, drvNum) == ERROR)
        {
        free (pDev);
        return ERROR;
        }

    return OK;
    }

编译与部署

  1. 在Workbench中创建DKM工程，将上述代码加入demoCharDrv.c。
  2. 编译生成demoCharDrv.out。
  3. 启动VxWorks目标机，通过FTP或WindSh加载模块：
    ld < demoCharDrv.out
  4. 调用初始化函数注册设备：
    demoDevInit()

应用层验证

在WindSh或应用任务中执行以下序列，观察返回值与缓冲区内容：

/* 验证代码（可放入shell脚本或独立任务） */
int fd;
char wbuf[4] = {'V', 'x', 'W', 'o'};
char rbuf[4];
int len;

fd = open("/dev/demo0", O_RDWR, 0);   /* 预期返回fd >= 0 */
write(fd, wbuf, 4);                    /* 预期返回4 */
ioctl(fd, 0x1001, (int)&len);          /* 预期返回OK，len == 4 */
read(fd, rbuf, 4);                     /* 预期返回4，rbuf内容为"VxWo" */
close(fd);

通过条件：上述每个调用返回值与注释一致，且rbuf中数据与写入内容相同，即驱动框架工作正常。

关键说明

  • iosDrvInstall将操作函数表注册到系统，返回驱动编号；iosDevAdd将设备名与驱动绑定，第一个参数需为DEV_HDR类型字段，因此DEMO_DEV结构体首成员必须是DEV_HDR devHdr（本例为简化省略，实际工程需包含）。
  • 若编译报错devHdr未定义，请在结构体中添加DEV_HDR devHdr;作为首成员。
  • 本驱动未实现close回调，系统默认使用空操作，不影响基本功能。
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