字元裝置驅動
Linux字元裝置提供連續的資料流，應用程式可以順序讀取，通常不支援随機存取。相反，此類裝置支援按位元組/字元來讀寫裝置。舉例來說，鍵盤，序列槽，數據機都是典型的字元裝置。
裝置分類
linux系統将裝置分為3類：字元裝置、塊裝置、網絡裝置。
- 字元裝置：是指隻能一個位元組一個位元組讀寫的裝置，不能随機讀取裝置記憶體中的某一資料，讀取資料需要按照先後資料。字元裝置是面向流的裝置，常見的字元裝置有滑鼠、鍵盤、序列槽、控制台和LED裝置等。
- 塊裝置：是指可以從裝置的任意位置讀取一定長度資料的裝置。塊裝置包括硬碟、磁盤、U盤和SD卡等。
- 網絡裝置：網絡裝置比較特殊，不在是對檔案進行操作，而是由專門的網絡接口來實作。應用程式不能直接通路網絡裝置驅動程式。在/dev目錄下也沒有檔案來表示網絡裝置。
每一個字元裝置或塊裝置都在/dev目錄下對應一個裝置檔案。linux使用者程式通過裝置檔案（或稱裝置節點）來使用驅動程式操作字元裝置和塊裝置。
相關函數調用
struct cdev 描述字元裝置的結構體
struct cdev {
struct kobject kobj;//内嵌的核心對象.
struct module *owner;//該字元裝置所在的核心子產品（所有者）的對象指針，一般為THIS_MODULE主要用于子產品計數
const struct file_operations *ops;//該結構描述了字元裝置所能實作的操作集（打開、關閉、讀/寫、...），是極為關鍵的一個結構體
struct list_head list;//用來将已經向核心注冊的所有字元裝置形成連結清單
dev_t dev;//字元裝置的裝置号，由主裝置号和次裝置号構成（如果是一次申請多個裝置号，此裝置号為第一個）
unsigned int count;//隸屬于同一主裝置号的次裝置号的個數
};
cdev_alloc 動态申請（構造）cdev記憶體（裝置對象）
struct cdev *cdev_alloc(void);
struct cdev *cdev_alloc(void)
{
struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
//為裝置申請核心記憶體，并對申請到的記憶體内容清零，GFP_KERNEL —— 正常配置設定記憶體。
if (p) {
INIT_LIST_HEAD(&p->list);//初始化連結清單
kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);//初始化核心對象
}
return p;
}
成功的話傳回值為cdev對象首位址
cdev_init 初始化cdev的成員，并建立cdev和file_operations之間關聯起來
void cdev_init(struct cdev *p, const struct file_operations *p);
/* 參數：
struct cdev *p - 被初始化的 cdev對象
const struct file_operations *fops - 字元裝置操作方法集 */
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
//将為cdev設定的記憶體空間初始化，全設為0.
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;//建立cdev和file_operations之間的關系
}
cdev_add 注冊cdev裝置對象（添加到系統字元裝置清單中）
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);
/* 參數：
struct cdev *p - 被注冊的cdev對象
dev_t dev - 裝置的第一個裝置号
unsigned - 這個裝置連續的次裝置号數量
傳回值：
成功：0
失敗：負數（絕對值是錯誤碼）*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;//填充cdev結構體
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);//添加裝置号到系統字元裝置清單中
}
cdev_del 将cdev對象從系統中移除（登出 ）
void cdev_del(struct cdev *p);
/*參數：
struct cdev *p - 要移除的cdev對象 */
void cdev_del(struct cdev *p)
{
cdev_unmap(p->dev, p->count);
kobject_put(&p->kobj);//減少核心對象的引用計數
}
static void cdev_unmap(dev_t dev, unsigned count)
{
kobj_unmap(cdev_map, dev, count);//将裝置号從系統字元裝置清單中删除
}
cdev_put 釋放cdev記憶體
void cdev_put(struct cdev *p);
/*參數：
struct cdev *p - 要移除的cdev對象 */
void cdev_put(struct cdev *p)
{
if (p) {
struct module *owner = p->owner;
kobject_put(&p->kobj);
module_put(owner);//子產品解除安裝
}
}
裝置号申請/釋放
一個字元裝置或塊裝置都有一個主裝置号和一個次裝置号。主裝置号用來辨別與裝置檔案相連的驅動程式，用來反映裝置類型。次裝置号被驅動程式用來辨識操作的是哪個裝置，用來區分同類型的裝置。linux核心中，裝置号用dev_t來描述：
typedef u_long dev_t; // 在32位機中是4個位元組，高12位表示主裝置号，低20位表示次裝置号。
實作dev_t的宏
#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINORBITS 20
//dev右移20位得到主裝置号，即為高12位
#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
#define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)
//MINOR宏将dev_t的高12位清零，得到次裝置号。
裝置号申請的方法
靜态：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)；
/*功能：申請使用從from開始的count 個裝置号(主裝置号不變，次裝置号增加）*/
靜态申請相對較簡單，但是一旦驅動被廣泛使用,這個随機標明的主裝置号可能會導緻裝置号沖突，而使驅動程式無法注冊。
動态：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)；
/*功能：請求核心動态配置設定count個裝置号，且次裝置号從baseminor開始。*/
動态申請簡單，易于驅動推廣，但是無法在安裝驅動前建立裝置檔案（因為安裝前還沒有配置設定到主裝置号）。
釋放裝置号
編寫簡單的字元裝置驅動
device_drive.c
# include <linux/module.h>
# include <linux/fs.h>
# include <linux/uaccess.h>
# include <linux/init.h>
# include <linux/cdev.h>
# define DEMO_NAME "my_demo_dev"
static dev_t dev;
static struct cdev *demo_cdev;
static signed count = 1;
//打開操作
static int demodrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
int major = MAJOR(inode->i_rdev);
int minor = MINOR(inode->i_rdev);
printk("%s: major=%d, minor=%d\n",__func__,major,minor);
return 0;
}
//讀操作
static ssize_t demodrv_read(struct file *file, char __user *buf,size_t lbuf,loff_t *ppos)
{
printk("%s enter\n",__func__);
return 0;
}
//寫操作
static ssize_t demodrv_write(struct file *file, const char __user *buf,size_t count,loff_t *f_pos)
{
printk("%s enter\n",__func__);
return 0;
}
//實作裝置操作
static const struct file_operations demodrv_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = demodrv_open,
.read = demodrv_read,
.write = demodrv_write
};
static int __init simple_char_init(void)
{
int ret;
ret = alloc_chrdev_region(&dev,0,count,DEMO_NAME);
/*
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)；
功能：請求核心動态配置設定count個裝置号，且次裝置号從baseminor開始。
*/
if(ret)
{
printk("failed to allocate char device region\n");
return ret;
}
demo_cdev = cdev_alloc();
if(!demo_cdev)
{
printk("cdev_alloc failed\n");
goto unregister_chrdev;
}
cdev_init(demo_cdev,&demodrv_fops);
ret = cdev_add(demo_cdev,dev,count);
if(ret)
{
printk("cdev_add failed\n");
goto cdev_fail;
}
printk("successed register char device: %s\n",DEMO_NAME);
printk("Major number = %d,minor number = %d\n",MAJOR(dev),MINOR(dev));
return 0;
cdev_fail:
cdev_del(demo_cdev);
unregister_chrdev:
unregister_chrdev_region(dev,count);
return ret;
}
static void __exit simple_char_exit(void)
{
printk("removing device\n");
if(demo_cdev)
cdev_del(demo_cdev);
unregister_chrdev_region(dev,count);
}
module_init(simple_char_init);
module_exit(simple_char_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
Makefile
#Makefile檔案注意：假如前面的.c檔案起名為first.c，那麼這裡的Makefile檔案中的.o文
#件就要起名為first.o 隻有root使用者才能加載和解除安裝子產品
obj-m:=device_drive.o #産生device_drive子產品的目标檔案
#目标檔案 檔案 要與子產品名字相同
CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #子產品所在的目前路徑
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #linux核心代碼的目前版本
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules #編譯子產品
#[Tab] 核心的路徑 目前目錄編譯完放哪 表明編譯的是核心子產品
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean #清理子產品
test.c
# include <stdio.h>
# include <fcntl.h>
# include <unistd.h>
# define DEMO_DEV_NAME "/dev/demo_drv"
int main()
{
char buffer[64];
int fd;
fd = open(DEMO_DEV_NAME,O_RDONLY);
if(fd<0)
{
printf("open device %s failed\n",DEMO_DEV_NAME);
return -1;
}
read(fd,buffer,64);
close(fd);
return 0;
}
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