字符设备基础了解
一．字符设备驱动
- 使用一个结构描述字符设备对象：
struct cdev {
struct kobject kobj; // 文件系统相关，由系统来管理，不需要自己添加
struct module *owner; // 用于模块计数
const struct file_operations *ops; // 对硬件的操作方法集
struct list_head list; // 用于管理字符设备的链表
dev_t dev; // 设备号；把软件和硬件结合起来；主设备号<<20 +次设备号
unsigned int count; // 同一主设备号下的，次设备号的个数
};
2. 字符设备注册分 3 个步骤
分配cdev
初始化cdev
添加cdev
3. 驱动中字符设备文件的相关 3 个结构
struct file 代表一个打开的文件，由内核打开时创建，关闭时释放
struct inode 记录文件的物理上信息inode号
struct file_operations 函数指针集合
4. 字符设备结构中的 struct file_operations 结构是对硬件操作的方法集，通过在驱动程序中重新实现并注册到内核中，供应用层调用
方法一：手动申请字符设备cdev，静态创建设备节点
- 对字符设备的操作流程：总结编写一个字符设备驱动要必做的几步：
（1）定义一个字符设备：struct cdev *cdev;
（2）为字符设备分配空间：cdev_alloc(void);
（3）初始化字符设备对象(对硬件操作的方法集):cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);
（4）向内核申请一个设备号：register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char * name);
（5）添加当前的字符设备到内核中：cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);
（6）卸载字符设备对象：
a) cdev_del(struct cdev *); // 删除字符设备
b) unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count); //删除
2. 设备号静态申请：int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
3. 手动创建设备节点： mknod /dev/devchar0 c 222 0
命令 设备节点名称 字符设备 主设备号 次设备号
方法二：自动申请cdev获取主设备号，动态创建设备节点( 3个步骤 )
1.通过 register_chrdev 自动申请一个cdev字符设备，动态获取主设备号，并注册方法集，就完成了上面方法一中的前 5 步
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops);
参数：major：0时自动获取主设备号，>0 时静态获取不一定成功获取
name：设备名称
fops：对硬件操作的方法集
返回值：return major ? 0 : cd->major;，成功返回主设备号，失败返回0
2.创建放设备节点的目录：创建一个目录在 /sys/class/xxx
class_create(owner, name) 这是一个宏函数，具体通过下面函数实现
struct class *__class_create(struct module *owner, const char *name, struct lock_class_key *key)
参数：owner：是一个宏表示这个模块
name：创建的目录名，放在 /sys/class/ 下，如name=“mychar”-- /sys/class/mychar
返回值：创建的这个目录对象的指针，根据这个指针找这个目录
3.创建设备节点，代替mknod的操作
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);
参数：class：创建存放设备节点的目录
parent：指向此新设备的父结构设备的指针(如果有的话)，一般NULL
devt：要添加的设备号，包含主设备号和次设备号
drvdata：要添加到设备中的回调的数据
fmt：用于设备名称的字符串，后面是可变参数，用于格式化fmt的；
返回值：成功返回device ；失败返回ERR_PTR(retval). 看内核中的例子怎么使用返回值
如device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "Demochar%d",0); 这个设备节点的名称：“Demochar0”
4. 对于向系统申请的资源要记得归还
void class_destroy(struct class *cls)：删除cls创建的目录
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)：功能：释放设备节点
参数：cls : 申请到的class
devt: 设备号，包含主设备号和次设备号；通过宏函数 MKDEV(major,minor)制作
二．关于设备号：
主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序；反映的是设备类型。
次设备号被驱动程序用来识别操作的是哪一个设备；用来区分同类型的设备。
Linux使用一个结构描述设备号：dev_t 高12位是主设备号，低20位是次设备号
关于设备号操作的 3 个宏函数
#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS)) #define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK)) #define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))
主设备号的 2 种获取方法
1.静态申请
在内核源码路径下确定一个没有使用的主设备号 Documentation/devices.txt
通过函数 register_chrdev_region 注册设备号
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
2. 动态分配：
通过函数 alloc_chrdev_region 动态分配
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
参数： dev ：设备号，0 动态分配； >0
baseminor：起始的次设备号
count：需要分配的设备号数目
name：设备名（体现在/proc/devices中）
注销设备：void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
释放从 from 开始的 count 个设备号
有了设备号，创建设备文件 2 种方法
3.使用 mknod 命令手动创建
mknod drvname type major minor
drvname：设备文件名
type：设备文件类型 c字符设备； d块设备
major：主设备号
minor：次设备号
4.自动创建（加载模块时注册创建，卸载模块时释放）
1) 函数 register_chrdev 自动获取注册一个字符设备并申请设备号，同时注册file_operations操作方法集
2) 函数class_create创建一个struct class类 ，这个类存放在sysfs下面，一旦创建好了这个类， 调用device_create函数在/dev目录下创建相应的设备节点。这样加载模块时，用户空间中udev会自动响应device_create函数，去/sysfs下寻找对用的类从而创建设备节点。
3) 函数device_create返回值是创建一个struct device型设备关联设备号，class，和设备节点
三．应用层与驱动间拷贝数据
从底层拷贝数据给应用层：copy_to_user ；
从应用层拷贝数据给底层：copy_from_user
内核提供了专门的函数用于访问用户号空间指针
unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
unsigned long __must_check copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
__builtin_constant_p(EXP) 是GCC编译器的内嵌函数，用于判断一个值是否为编译时常数，如果参数EXP 的值是常数，函数返回 1，否则返回 0。
--------驱动程序demo.c
#include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/device.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/kdev_t.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/err.h> #include <linux/kernel.h> /* 变量定义区域 */ const char * name = "demochdrev"; // 字符驱动名字 unsigned int major; // 主设备号 const char *clsname = "mychr"; // 创建class类的名字（不清楚具体什么用途） struct class *mycls; struct device *mydev; // read 系统调用 ssize_t demo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos) { printk(KERN_INFO "kernel read \n"); return 0; } // write 系统调用 ssize_t demo_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset) { printk(KERN_INFO "kernel write \n"); return 0; } // close 系统调用 int demo_release(struct inode *iod, struct file *filp) { printk(KERN_INFO "kernel release \n"); return 0; } // open 系统调用 int demo_open(struct inode *iod, struct file *filp) { printk(KERN_INFO "kernel open \n"); return 0; } // 对文件的操作方法集 struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = demo_read, // 函数实现要在其上面，不然在此处找不到函数的声明 .write = demo_write, .open = demo_open, .release = demo_release, }; /* 模块 3 步操作 */ // 模块入口，申请字符设备用到的资源 static int __init demo_init(void) { printk(KERN_INFO "module init \n"); // 1. 注册一个字符设备 cdev major = register_chrdev(0, name, &fops); // major=0 表示自动分配主设备号，其返回值是主设备号 if(major <= 0){ // 注册字符设备失败 printk(KERN_INFO "register chrdev fail \n"); } // 2.自动创建设备节点 /sys/class 目录下的文件夹名 // 2.1 创建一个 class 类 mycls = class_create(THIS_MODULE, clsname); // 返回值 struct class* 类型 if (IS_ERR(mycls)){ // 创建 class 失败 printk(KERN_INFO "class create fail \n"); unregister_chrdev(major, name); // 在每步检测申请失败了，就要释放前面申请的资源 return PTR_ERR(mycls); } // 2.2 创建设备节点的名字 mydev = device_create(mycls, NULL,MKDEV(major, 0) , NULL, "demochr%d", 0); // 最后 2 个参数会制作这个驱动的可见的名字，安装模块时会看见/dev/demochr0 if (IS_ERR(mydev)) { // 创建设备节点失败 printk(KERN_INFO "failed to create device\n"); unregister_chrdev(major, name); class_destroy(mycls); return PTR_ERR(mydev); } return 0; } // 模块出口，释放申请的资源 static void __exit demo_exit(void) { printk(KERN_INFO "module exit \n"); device_destroy(mycls, MKDEV(major, 0)); // 上面创建的顺序反向操作，栈操作 class_destroy(mycls); unregister_chrdev(major, name); } // 模块三要素 module_init(demo_init); module_exit(demo_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
----makefile文件
#KERNELDIR=/lib/modules/3.13.0-32-generic/build # Ubuntu系统上的内核源码路径 KERNELDIR=/home/linux/share/kernel-3.4.39 # 目标板上使用内核源码路径 PWD=$(shell pwd) // 当前路径 all: make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean: make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean obj-m +=demo.o # 生成的目标 demo.ko
