字符设备驱动程序框架

时间：2021-01-19 09:24:08 收藏：0 阅读：42

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字符设备包含：设备号(dev_t)，设备(cdev)，file_operation 。
创建一个字符设备的流程：

0 创建一个字符设备，可以是静态定义或者动态申请；
1 首先要得到一个设备号，可以是静态定义或者动态申请;
2 把写好的file_operation 并保存到 cdev，实现cdev的初始化;
3 使用cdev_add()注册cdev,告诉内核;
4 创建设备节点,以便后面调用 file_operation接口;

0 创建一个字符设备

static struct cdev chrdev;     //第一种方式  静态定义 
struct cdev *cdev_alloc(void); //第二种方式  动态申请 返回一个struct cdev类型的指针
//从内核中移除某个字符设备，
void cdev_del(struct cdev *p)

1 得到一个设备号

要得到一个设备号，也分为静态定义或者动态申请，但是涉及函数比较多。
有：register_chrdev_region，alloc_chrdev_region，register_chrdev。

register_chrdev_region-静态定义

//内核源码/fs/char_dev.c
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);

参数：

from：dev_t 类型的变量，用于指定字符设备的起始设备号，（缺点）如果要注册的设备号已经被其他的设备注册了，那么就会导致注册失败。
count：指定要申请的设备号个数，count 的值不可以太大，否则会与下一个主设备号重叠。
name：用于指定该设备的名称，我们可以在/proc/devices 中看到该设备。
返回值：返回 0 表示申请成功，失败则返回错误码。

alloc_chrdev_region-动态分配

//内核源码/fs/char_dev.c
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char name);

相较于静态定义，需要自己管理设备号，可能造成设备号冲突得缺点，动态分配由内核自己分配一个尚未使用得主设备号，可以解决这个问题。

参数：

dev：指向 dev_t 类型数据的指针变量，用于存放分配到的设备编号的起始值；
baseminor：次设备号的起始值，通常情况下，设置为 0；
count、name：同 register_chrdev_region 类型，用于指定需要分配的设备编号的个数以及设备的名称。

我们可以通过命令“cat /proc/devices”查询内核分配的主设备号。

register_chrdev 函数

该函数是一个内联函数，它不仅支持静态申请设备号，也支持动态申请设备号，并将主设备号返回，函数原型如下所示：

//内核源码/include/linux/fs.h 文件
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
const struct file_operations *fops)
{
	return __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops);
}

此函数的参数功能包含了，申请设备号，动态申请cdev，把file_operations保存到cdev。可以说，一个函数完成了这么多步骤。但是同一类字符设备（即主设备号相同），会在内核中申请了 256 个，通常情况下，我们不需要用到这么多个设备，这就造成了极大的资源浪费。

unregister_chrdev 函数

使用 register_chrdev 函数申请的设备号，则应该使用 unregister_chrdev 函数进行注销。

//内核源码/include/linux/fs.h
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
{
	__unregister_chrdev(major, 0, 256, name);
}

unregister_chrdev_region 函数

对于使用 register_chrdev_region 函数以及 alloc_chrdev_region 函数分配得到的设备编号，可以使用 unregister_chrdev_region 函数把分配的设备编号交还给内核。

2 cdev的初始化

编写一个字符设备最重要的是实现file_operations中的函数。
实现之后，将改结构体和字符设备关联起来。

cdev_init 函数

//内核源码/fs/char_dev.c
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

函数参数和返回值如下：
参数：

cdev：struct cdev 类型的指针变量，指向需要关联的字符设备结构体；
fops：file_operations 类型的结构体指针变量，一般将实现操作该设备的结构体 file_operations 结构体作
为实参。

3 cdev注册和注销

cdev_add 函数

//内核源码/fs/char_dev.c
//cdev_add 函数用于向内核的 cdev_map 散列表添加一个新的字符设备
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

函数参数和返回值如下：
参数：

p：struct cdev 类型的指针，用于指定需要添加的字符设备；
dev：dev_t 类型变量，用于指定设备的起始编号；
count：指定注册多少个设备。
返回值：错误码

从系统中删除 cdev，cdev 设备将无法再打开，但任何已经打开的 cdev 将保持不变，即使在 cdev_del 返回后，
它们的 FOP 仍然可以调用。

//内核源码/fs/char_dev.c
void cdev_del(struct cdev *p)

4 设备节点的创建和销毁

创建一个设备并将其注册到文件系统

//定义一个类指针
static struct class *chr_dev_class;

//内核源码/drivers/base/core.c
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)

函数参数和返回值如下：
参数：

class：指向这个设备应该注册到的类的指针；
parent：指向此新设备的父结构设备（如果有）的指针；
devt：要添加的 char 设备的开发；
drvdata：要添加到设备进行回调的数据;
fmt：输入设备名称。

返回值：成功时返回 struct device 结构体指针, 错误时返回 ERR_PTR().

删除使用 device_create 函数创建的设备

//内核源码/drivers/base/core.c
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)

除了使用代码创建设备节点，还可以使用 mknod 命令创建设备节点。这里不展开。

如：mkmod /dev/test c 2 0
创建一个字符设备/dev/test，其主设备号为 2，次设备号为 0。

原文：https://www.cnblogs.com/Rainingday/p/14295943.html