字符设备驱动
Linux字符设备提供连续的数据流，应用程序可以顺序读取，通常不支持随机存取。相反，此类设备支持按字节/字符来读写设备。举例来说，键盘，串口，调制解调器都是典型的字符设备。
设备分类
linux系统将设备分为3类：字符设备、块设备、网络设备。
- 字符设备：是指只能一个字节一个字节读写的设备，不能随机读取设备内存中的某一数据，读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。
- 块设备：是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。
- 网络设备：网络设备比较特殊，不在是对文件进行操作，而是由专门的网络接口来实现。应用程序不能直接访问网络设备驱动程序。在/dev目录下也没有文件来表示网络设备。
每一个字符设备或块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作字符设备和块设备。
相关函数调用
struct cdev 描述字符设备的结构体
struct cdev {
struct kobject kobj;//内嵌的内核对象.
struct module *owner;//该字符设备所在的内核模块（所有者）的对象指针，一般为THIS_MODULE主要用于模块计数
const struct file_operations *ops;//该结构描述了字符设备所能实现的操作集（打开、关闭、读/写、...），是极为关键的一个结构体
struct list_head list;//用来将已经向内核注册的所有字符设备形成链表
dev_t dev;//字符设备的设备号，由主设备号和次设备号构成（如果是一次申请多个设备号，此设备号为第一个）
unsigned int count;//隶属于同一主设备号的次设备号的个数
};
cdev_alloc 动态申请（构造）cdev内存（设备对象）
struct cdev *cdev_alloc(void);
struct cdev *cdev_alloc(void)
{
struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
//为设备申请内核内存，并对申请到的内存内容清零，GFP_KERNEL —— 正常分配内存。
if (p) {
INIT_LIST_HEAD(&p->list);//初始化链表
kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);//初始化内核对象
}
return p;
}
成功的话返回值为cdev对象首地址
cdev_init 初始化cdev的成员，并建立cdev和file_operations之间关联起来
void cdev_init(struct cdev *p, const struct file_operations *p);
/* 参数：
struct cdev *p - 被初始化的 cdev对象
const struct file_operations *fops - 字符设备操作方法集 */
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
//将为cdev设置的内存空间初始化，全设为0.
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;//建立cdev和file_operations之间的关系
}
cdev_add 注册cdev设备对象（添加到系统字符设备列表中）
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);
/* 参数：
struct cdev *p - 被注册的cdev对象
dev_t dev - 设备的第一个设备号
unsigned - 这个设备连续的次设备号数量
返回值：
成功：0
失败：负数（绝对值是错误码）*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;//填充cdev结构体
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);//添加设备号到系统字符设备列表中
}
cdev_del 将cdev对象从系统中移除（注销 ）
void cdev_del(struct cdev *p);
/*参数：
struct cdev *p - 要移除的cdev对象 */
void cdev_del(struct cdev *p)
{
cdev_unmap(p->dev, p->count);
kobject_put(&p->kobj);//减少内核对象的引用计数
}
static void cdev_unmap(dev_t dev, unsigned count)
{
kobj_unmap(cdev_map, dev, count);//将设备号从系统字符设备列表中删除
}
cdev_put 释放cdev内存
void cdev_put(struct cdev *p);
/*参数：
struct cdev *p - 要移除的cdev对象 */
void cdev_put(struct cdev *p)
{
if (p) {
struct module *owner = p->owner;
kobject_put(&p->kobj);
module_put(owner);//模块卸载
}
}
设备号申请/释放
一个字符设备或块设备都有一个主设备号和一个次设备号。主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序，用来反映设备类型。次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备，用来区分同类型的设备。linux内核中，设备号用dev_t来描述：
typedef u_long dev_t; // 在32位机中是4个字节，高12位表示主设备号，低20位表示次设备号。
实现dev_t的宏
#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINORBITS 20
//dev右移20位得到主设备号，即为高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，得到次设备号。
设备号申请的方法
静态：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)；
/*功能：申请使用从from开始的count 个设备号(主设备号不变，次设备号增加）*/
静态申请相对较简单，但是一旦驱动被广泛使用,这个随机选定的主设备号可能会导致设备号冲突，而使驱动程序无法注册。
动态：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)；
/*功能：请求内核动态分配count个设备号，且次设备号从baseminor开始。*/
动态申请简单，易于驱动推广，但是无法在安装驱动前创建设备文件（因为安装前还没有分配到主设备号）。
释放设备号
编写简单的字符设备驱动
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;
//打开操作
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;
}
//读操作
static ssize_t demodrv_read(struct file *file, char __user *buf,size_t lbuf,loff_t *ppos)
{
printk("%s enter\n",__func__);
return 0;
}
//写操作
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;
}
//实现设备操作
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：请求内核动态分配count个设备号，且次设备号从baseminor开始。
*/
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文件注意：假如前面的.c文件起名为first.c，那么这里的Makefile文件中的.o文
#件就要起名为first.o 只有root用户才能加载和卸载模块
obj-m:=device_drive.o #产生device_drive模块的目标文件
#目标文件 文件 要与模块名字相同
CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #模块所在的当前路径
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #linux内核代码的当前版本
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules #编译模块
#[Tab] 内核的路径 当前目录编译完放哪 表明编译的是内核模块
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean #清理模块
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;
}
![操作系统学习笔记——第六章 文件管理[图]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)