Linux字符设备驱动框架（一）：cdev接口
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1. 字符设备
字符设备是指在I/O传输过程中以字节为单位进行传输的设备。其特点是，不能随机读取字符设备的某一数据，只能按照字节的先后顺序读取数据。常见的字符设备有串口、键盘、鼠标等。
字符设备相关数据结构详见Linux设备管理（二）：内核中字符设备的管理。
2. 字符设备驱动框架
2.1 注册驱动
（1）动态申请cdev内存
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数：无 *返回值： * 成功： cdev 对象首地址 * 失败：NULL */ struct cdev *cdev_alloc(void);
（2）初始化cdev
初始化cdev，建立cdev与file_operations之间的关联。
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * struct cdev *p： 被初始化的cdev对象 * const struct file_operations *p：字符设备操作方法集 *返回值：无 */ void cdev_init(struct cdev *p, const struct file_operations *p);
（3）申请设备号
1）指定设备号
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * dev_t from： 起始设备号 * unsigned count： 需注册的次设备个数 * const char *name： 设备名称 *返回值： * 0： 注册成功 * 负数： 注册失败 */ int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
2）系统自动分配设备号
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * dev_t *dev： 输出型参数，系统自动分配的设备号 * unsigned baseminor： 次设备的起始编号 * unsigned count： 次设备的个数 * const char *name： 设备名称 *返回值： * 0： 注册成功 * 负数： 注册失败 */ int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
（4）注册cdev设备对象
将cdev添加至系统字符设备链表中。
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * struct cdev *p：被初始化的cdev对象 * dev_t dev： 起始设备号 * unsigned count：该设备连续的次设备号的个数 *返回值： * 成功：返回0 * 失败：返回负数 */ int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);
2.2 创建设备文件
创建设备文件的细节详见Linux设备文件的创建。
（1）在/sys中导出设备类信息
/* *所在文件：/kernel/include/linux/device.h *参数： * owner：类所属模块，一般为THIS_MODULE * name： 类名 *返回值： * struct class *：指向所创建的类 */ #define class_create(owner, name) \ ({ \ static struct lock_class_key __key; \ __class_create(owner, name, &__key); \ })
（2）创建设备文件
/* *所在文件：/kernel/driver/base/core.c *参数： * struct class *class： 被初始化的cdev对象 * struct device *parent：父设备 * dev_t dev： 设备号 * void *drvdata： 设备的回调数据 * const char *fmt： 设备名 *返回值： * struct device *： 指向所创建的设备 */ struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)；
2.3 实现设备操作
根据需要实现file_operations中的函数，常用的函数如下：
（1）read、write
Linux下各个进程都有自己独立的进程空间，即使是将内核的数据映射到用户进程，该数据的PID也会自动转变为该用户进程的PID，由于这种机制的存在，我们不能直接将数据从内核空间和用户空间进行拷贝，而需要专门的拷贝数据函数/宏：
long copy_from_user(void *to, const void __user * from, unsigned long n) long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
有了这两个函数，内核中的read,write就可以实现内核空间和用户空间的数据拷贝。
（2）ioctl
虽然在文件操作结构体"structfile_operations"中有很多对应的设备操作函数，但是有些命令是实在找不到对应的操作函数。如CD-ROM的驱动，想要一个弹出光驱的操作，这种操作并不是所有的字符设备都需要的，所以文件操作结构体也不会有对应的函数操作。
出于这样的原因，ioctl就有它的用处了——一些没办法归类的函数就统一放在ioctl这个函数操作中，通过指定的命令来实现对应的操作。所以，ioctl函数里面都实现了多个的对硬件的操作，通过应用层传入的命令来调用相应的操作。
ioctl函数使用的详细方法，详见Linux驱动程序中ioctl函数的用法。
/* *参数： * struct inode *inode和struct file *filp： ioctl的操作有可能是要修改文件的属性，或者访问硬件。要修改文件属性的话，就要用到这两个结构体了，所以这里传来了它们的指针。 * unsigned int cmd： 命令 * unsigned long arg：参数 *返回值： 无 */ int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);
2.4 注销驱动
（1）注销cdev
将cdev对象从系统字符设备链表中剔除，并清理cdev所占的内存资源。
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * struct cdev *p：被注销的cdev对象 *返回值： 无 */ void cdev_del(struct cdev *p);
（2）释放设备号
/* *所在文件：/kernel/fs/char_dev.c *参数： * dev_t from：被注销设备的起始设备号 * unsigned count：该设备连续的次设备号个数 *返回值： 无 */ void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
（3）删除设备类
/* *所在文件：/kernel/driver/base/class.c *参数： * struct class *cls：设备类 *返回值： 无 */ void class_destroy(struct class *cls);
（4）删除设备文件
/* *所在文件：/kernel/driver/base/core.c *参数： * struct class *class：设备类 * dev_t devt: 设备号 *返回值： 无 */ void device_destroy(struct class *class, dev_t devt);
