今天進入《Linux裝置驅動程式（第3版）》第三章字元裝置驅動程式的學習。
這一章主要通過介紹字元裝置scull（Simple Character Utility for Loading Localities，區域裝載的簡單字元工具）的驅動程式編寫，來學習Linux裝置驅動的基本知識。scull能夠為真正的裝置驅動程式提供樣闆。
一、主裝置号和此裝置号
主裝置号表示裝置對應的驅動程式；次裝置号由核心使用，用于正确确定裝置文檔所指的裝置。核心用dev_t類型（）來儲存裝置編号，dev_t是個32位的數，12位表示主裝置号，20為表示次裝置号。在實際使用中，是通過中定義的宏來轉換格式。
(dev_t)-->主裝置号、次裝置号
MAJOR(dev_t dev)
MINOR(dev_t dev)
主裝置号、次裝置号-->(dev_t)
MKDEV(int major,int minor) 建立一個字元裝置之前，驅動程式首先要做的事情就是獲得裝置編号。其這主要函數在中聲明：
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count,
char *name); //指定裝置編号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,
unsigned int count, char *name); //動态生成裝置編号
void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); //釋放裝置編号
配置設定之裝置号的最好方式是：預設采用動态配置設定，同時保留在加載甚至是編譯時指定主裝置号的餘地。
以下是在scull.c中用來擷取主裝置好的代碼：
if (scull_major) {
dev = MKDEV(scull_major, scull_minor);
result = register_chrdev_region(dev, scull_nr_devs, "scull");
} else {
result = alloc_chrdev_region(&dev, scull_minor, scull_nr_devs,"scull");
scull_major = MAJOR(dev);
}
if (result ) {
printk(KERN_WARNING "scull: can't get major %d/n", scull_major);
return result;}
在這部分中，比較重要的是在用函數擷取裝置編号後，其中的參數name是和該編号範圍關聯的裝置名稱，他将出現在/proc/devices和sysfs中。
看到這裡，就能夠了解為什麼mdev和udev能夠動态、自動地生成目前系統需要的裝置文檔。udev就是通過讀取sysfs下的資訊來識别硬體裝置的.
(請看《 了解和認識udev》URL：http://blog.chinaunix.net/u/6541/showart_396425.html)
二、一些重要的資料結構
大部分基本的驅動程式操作涉及及到三個重要的核心資料結構，分别是file_operations、file和inode，他們的定義都在。
三、字元裝置的注冊
核心内部使用struct cdev結構來表示字元裝置。在核心調用裝置的操作之前，必須配置設定并注冊一個或多個struct cdev。代碼應包含，他定義了struct cdev連同和其相關的一些輔助函數。
注冊一個單獨的cdev裝置的基本過程如下：1、為struct cdev 配置設定空間(假如已将struct cdev 嵌入到自己的裝置的特定結構體中，并配置設定了空間，這步略過！)
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
2、初始化struct cdev
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
3、初始化cdev.owner
cdev.owner = THIS_MODULE;
4、cdev配置完成，通知核心struct cdev的資訊（在執行這步之前必須确定您對struct cdev 的以上配置已完成！）
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
從系統中移除一個字元裝置：void cdev_del(struct cdev *p)
以下是scull中的初始化代碼（之前已為struct scull_dev 配置設定了空間）：
static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev, int index)
{
int err, devno = MKDEV(scull_major, scull_minor + index);
cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops);
dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
dev->cdev.ops = &scull_fops; //這句能夠省略，在cdev_init中已做過
err = cdev_add (&dev->cdev, devno, 1);
if (err)
printk(KERN_NOTICE "Error %d adding scull%d", err, index);
}
四、scull模型的記憶體使用
以下是scull模型的結構體：
struct scull_qset {
void **data;
struct scull_qset *next;
};
struct scull_dev {
struct scull_qset *data;
int quantum;
int qset;
unsigned long size;
unsigned int access_key;
struct semaphore sem;
struct cdev cdev;
};
scull驅動程式引入了兩個Linux核心中用于記憶體管理的核心函數， 他們的定義都在:
void *kmalloc(size_t size, int flags);
void kfree(void *ptr);
以下是scull子產品中的一個釋放整個資料區的函數（類似清零），将在scull以寫方式打開和scull_cleanup_module中被調用：
int scull_trim(struct scull_dev *dev)
{
struct scull_qset *next, *dptr;
int qset = dev->qset;
int i;
for (dptr = dev->data; dptr; dptr = next) {
if (dptr->data) {
for (i = 0; i qset; i++)
kfree(dptr->data );
kfree(dptr->data);
dptr->data = NULL;
}
next = dptr->next;
kfree(dptr);
}
dev->size = 0;
dev->quantum = scull_quantum;
dev->qset = scull_qset;
dev->data = NULL;
return 0;
}
以下是scull子產品中的一個沿連結清單前行得到正确scull_set指針的函數，将在read和write方法中被調用：
struct scull_qset *scull_follow(struct scull_dev *dev, int n)
{
struct scull_qset *qs = dev->data;
if (! qs) {
qs = dev->data = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);
if (qs == NULL)
return NULL;
memset(qs, 0, sizeof(struct scull_qset));
}
while (n--) {
if (!qs->next) {
qs->next = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);
if (qs->next == NULL)
return NULL;
memset(qs->next, 0, sizeof(struct scull_qset));
}
qs = qs->next;
continue;
}
return qs;
}
其實這個函數的實質是：假如已存在這個scull_set，就傳回這個scull_set的指針。假如不存在這個scull_set，一邊沿連結清單為scull_set配置設定空間一邊沿連結清單前行，直到所需要的scull_set被配置設定到空間并初始化為止，就傳回這個scull_set的指針。
五、open和release
open方法提供給驅動程式以初始化的能力，為以後的操作作準備。應完成的工作如下：
(1)檢查裝置特定的錯誤（如裝置未就緒或硬體問題）；
(2)假如裝置是首次打開，則對其進行初始化；
(3)如有必要，更新f_op指針；
(4)配置設定并填寫置于filp->private_data裡的資料結構。
而根據scull的實際情況，他的open函數隻要完成第四步（将初始化過的struct scull_dev dev的指針傳遞到filp->private_data裡，以備後用）就好了，是以open函數很簡單。但是其中用到了定義在中的container_of宏，源碼如下：
#define container_of(ptr, type, member) ({ /
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); /
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
其實從源碼能夠看出，其作用就是：通過指針ptr，獲得包含ptr所指向資料（是member結構體）的type結構體的指針。即是用指針得到另外一個指針。
release方法提供釋放記憶體，關閉裝置的功能。應完成的工作如下：
（1）釋放由open配置設定的、儲存在file->private_data中的任何内容；
（2）在最後一次關閉操作時關閉裝置。
由于前面定義了scull是個全局且持久的記憶體區，是以他的release什麼都不做。
六、read和write
read和write方法的主要作用就是實作核心和使用者空間之間的資料拷貝。因為Linux的核心空間和使用者空間隔離的，是以要實作資料拷貝就必須使用在中定義的：
unsigned long copy_to_user(void __user *to,
const void *from,
unsigned long count);
unsigned long copy_from_user(void *to,
const void __user *from,
unsigned long count);
而值得一提的是以上兩個函數和
#define __copy_from_user(to,from,n) (memcpy(to, (void __force *)from, n), 0)
#define __copy_to_user(to,from,n) (memcpy((void __force *)to, from, n), 0)
之間的關系：通過源碼可知，前者調用後者，但前者在調用前對使用者空間指針進行了檢查。
至于read和write 的具體函數比較簡單，就在實驗中驗證好了。
七、子產品實驗
這次子產品實驗的使用是友善之臂SBC2440V4，使用Linux2.6.22.2核心。
子產品程式連結：
scull子產品源程式
子產品測試程式連結：
子產品測試程式
測試結果：
[url=http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile/071025095433.gz][/url]
量子大小為6：
[[email protected]]#cd /lib/modules/ [[email protected]]#insmod scull.ko scull_quantum=6
[[email protected]]#cat /proc/devices
Character devices:
1 mem
2 pty
3 ttyp
4 /dev/vc/0
4 tty
4 ttyS
5 /dev/tty
5 /dev/console
5 /dev/ptmx
7 vcs
10 misc
13 input
14 sound
81 video4linux
89 i2c
90 mtd
116 alsa
128 ptm
136 pts
180 usb
189 usb_device
204 s3c2410_serial
252 scull
253 usb_endpoint
254 rtc
Block devices:
1 ramdisk
256 rfd
7 loop
31 mtdblock
93 nftl
96 inftl
179 mmc
[[email protected]]#mknod -m 666 scull0 c 252 0
[[email protected]]#mknod -m 666 scull1 c 252 1
[[email protected]]#mknod -m 666 scull2 c 252 2
[[email protected]]#mknod -m 666 scull3 c 252 3
啟動測試程式
[[email protected]]#./scull_test
write error! code=6
write error! code=6
write error! code=6
write ok! code=2
read error! code=6
read error! code=6
read error! code=6
read ok! code=2
[0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 [4]=4
[5]=5 [6]=6 [7]=7 [8]=8 [9]=9
[10]=10 [11]=11 [12]=12 [13]=13 [14]=14
[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19
改變量子大小為預設值4000：
[[email protected]]#cd /lib/modules/
[[email protected]]#rmmod scull
[[email protected]]#insmod scull.ko
啟動測試程式
[[email protected]]#./scull_test
write ok! code=20
read ok! code=20
[0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 [4]=4
[5]=5 [6]=6 [7]=7 [8]=8 [9]=9
[10]=10 [11]=11 [12]=12 [13]=13 [14]=14
[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19
[[email protected]]#
改變量子大小為6，量子集大小為2：
[[email protected]]#cd /lib/modules/
[[email protected]]#rmmod scull
[Tekk[email protected]]#insmod scull.ko scull_quantum=6 scull_qset=2
啟動測試程式
[[email protected]]#./scull_test
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write ok! code=2
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[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19
實驗不但測試了子產品的讀寫能力，還測試了量子讀寫是否有效。
本文來自ChinaUnix部落格，假如檢視原文請點：http://blog.chinaunix.net/u1/59291/showart_461585.html
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