Linux 字符设备驱动模型
一。使用字符设备驱动程序
1. 编译/安装驱动
在Linux系统中，驱动程序通常采用内核模块的程序结构来进行编码。因此，编译/安装一个驱动程序，其实质就是编译/安装一个内核模块
2. 创建设备文件
通过字符设备文件，应用程序可以使用相应的字符设备驱动程序来控制字符设备。
创建字符设备文件的方法一般有两种：
1.使用mknod命令mknod/dev/文件名c 主设备号 次设备号
查询设备号的命令 cat /proc/devices
2. 使用函数在驱动程序中创建（后续课程介绍）
编写应用程序时，使用命令 arm-linux-readelf -d write_mem
3. 访问设备
编写应用程序访问设备。
编写了write_mem.c 和read_mem.c 访问文件为 /dev/memdev0 驱动为memdev
write_mem.c
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main() { int fd = 0; int src = 2013; fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR); write(fd,&src,sizeof(int)); close(fd); return 0; }
read_mem.c
int main() { int fd = 0; int dst = 0; fd = open("dev/memdev0",O_RDWR); read(fd,&dst,sizeof(int)); printf("dst is %d\n",dst); }
二。 字符设备驱动模型
1. 设备描述结构 cdev
在任何一种驱动模型中，设备都会用内核中的一种结构来描述。
我们的字符设备在内核中使用struct cdev来描述。
struct cdev
{
structkobjectkobj;
structmodule *owner;
const structfile_operations*ops; //设备操作集
structlist_headlist;
dev_tdev; //设备号
unsigned intcount; //设备数
};
（1）.字符设备文件与字符驱动程序如何建立起对应关系??
答案：主设备号
驱动程序什么来区分串口1和串2
答案：次设备号
（2）.Linux内核中使用dev_t类型来定义设备号，dev_t这种类型其实质为32位的unsigned int，
其中高12位为主设备号，低20位为次设备号.
问1：如果知道主设备号，次设备号，怎么组合成dev_t类型
答：dev_t dev = MKDEV(主设备号，次设备号)
问2: 如何从dev_t中分解出主设备号?
答: 主设备号= MAJOR(dev_t dev)
问3: 如何从dev_t中分解出次设备号？
答: 次设备号=MINOR(dev_t dev)
（3）.如何为设备分配一个主设备号？
#静态申请开发者自己选择一个数字作为主设备号，然后通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。
缺点：如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。
#动态分配使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。优点：因为内核知道哪些号已经被使用了，所以不会导致分配到已经被使用的号。
（4）.不论使用何种方法分配设备号，都应该在驱动退出时，使用unregister_chrdev_region函数释放这些设备号
(5). Struct file_operations是一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。
结构中的函数指针指向驱动中的函数, 这些函数实现一个针对设备的操作, 对于不支持的操作则设置函数指针为NULL。
例如：struct file_operations dev_fops =
{
.llseek= NULL,
.read= dev_read,
.write= dev_write,
.ioctl= dev_ioctl,
.open= dev_open,
.release= dev_release,
};
2. 字符设备驱动模型
1. 驱动初始化
2.1.1 分配设备描述结构
cdev变量的定义可以采用静态和动态两种办法
•静态分配struct cdev mdev;
•动态分配struct cdev *pdev = cdev_alloc();
2.1.2 初始化设备描述结构
struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。
cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
参数：cdev: 待初始化的cdev结构
fops: 设备对应的操作函数集
2.1.3 注册设备描述结构
字符设备的注册使用cdev_add函数来完成。
cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
参数：p: 待添加到内核的字符设备结构
dev: 设备号
count: 该类设备的设备个数
2.1.4 硬件初始化
2. 实现设备操作
1. open
int (*open) (struct inode *, struct file *)打开设备，响应open系统
open设备方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的。
在大部分驱动程序中，open完成如下工作：
#标明次设备号
#启动设备
2. read
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *)从设备读取数据，响应read系统调用
read设备方法通常完成2件事情：
#从设备中读取数据(属于硬件访问类操作)
#将读取到的数据返回给应用程序
ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
参数分析：filp：与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建.
buff : 从设备读取到的数据，需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。
count: 请求传输的数据量，由read系统调用提供该参数。
offp: 文件的读写位置，由内核从file结构中取出后，传递进来。
3. write
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)向设备写入数据，响应write系统调用
write设备方法通常完成2件事情：
#从应用程序提供的地址中取出数据
#将数据写入设备(属于硬件访问类操作)
4. lseek
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int)重定位读写指针，响应lseek系统调用
5. close
int (*release) (struct inode *, struct file *);关闭设备，响应close系统调用
release方法的作用正好与open相反。
这个设备方法有时也称为close，它应该：
#关闭设备
3. 驱动注销
当我们从内核中卸载驱动程序的时候，需要使用cdev_del函数来完成字符设备的注销。
3. 范例驱动分析
