Linux 字符设备驱动框架详细介绍

Linux 字符设备驱动框架

字符设备是Linux三大设备之一(另外两种是块设备，网络设备)，字符设备就是字节流形式通讯的I/O设备,绝大部分设备都是字符设备，常见的字符设备包括鼠标、键盘、显示器、串口等等，当我们执行ls -l /dev的时候，就能看到大量的设备文件，c就是字符设备，b就是块设备，网络设备没有对应的设备文件。编写一个外部模块的字符设备驱动，除了要实现编写一个模块所需要的代码之外，还需要编写作为一个字符设备的代码。

驱动模型

Linux一切皆文件，那么作为一个设备文件，它的操作方法接口封装在struct file_operations，当我们写一个驱动的时候，一定要实现相应的接口，这样才能使这个驱动可用，Linux的内核中大量使用"注册+回调"机制进行驱动程序的编写，所谓注册回调，简单的理解，就是当我们open一个设备文件的时候，其实是通过VFS找到相应的inode，并执行此前创建这个设备文件时注册在inode中的open函数，其他函数也是如此，所以，为了让我们写的驱动能够正常的被应用程序操作，首先要做的就是实现相应的方法，然后再创建相应的设备文件。

#include <linux/cdev.h> //for struct cdev#include <linux/fs.h>  //for struct file#include <asm-generic/uaccess.h>  //for copy_to_user#include <linux/errno.h>      //for error number/* 准备操作方法集 *//* struct file_operations {  struct module *owner;  //THIS_MODULE    //读设备  ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);  //写设备  ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);  //映射内核空间到用户空间  int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);  //读写设备参数、读设备状态、控制设备  long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);  //打开设备  int (*open) (struct inode *, struct file *);  //关闭设备  int (*release) (struct inode *, struct file *);  //刷新设备  int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);  //文件定位  loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);  //异步通知  int (*fasync) (int, struct file *, int);  //POLL机制  unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);  。。。};*/ssize_t myread(struct file *filep, char __user * user_buf, size_t size, loff_t* offset){  return 0;}struct file fops = {  .owner = THIS_MODULE,  .read = myread，  ...};/* 字符设备对象类型 */struct cdev {  //public    struct module *owner;        //模块所有者（THIS_MODULE），用于模块计数  const struct file_operations *ops; //操作方法集（分工:打开、关闭、读/写、...）  dev_t dev;             //设备号（第一个）  unsigned int count;         //设备数量  //private  ...};static int __init chrdev_init(void){  ...  /* 构造cdev设备对象 */  struct cdev *cdev_alloc(void);  /* 初始化cdev设备对象 */  void cdev_init(struct cdev*, const struct file_opeartions*);  /* 为字符设备静态申请设备号 */  int register_chedev_region(dev_t from, unsigned count, const char* name);  /* 为字符设备动态申请主设备号 */  int alloc_chedev_region(dev_t* dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char* name);  MKDEV(ma,mi)  //将主设备号和次设备号组合成设备号  MAJOR(dev)   //从dev_t数据中得到主设备号  MINOR(dev)   //从dev_t数据中得到次设备号  /* 注册字符设备对象cdev到内核 */  int cdev_add(struct cdev* , dev_t, unsigned);  ...}static void __exit chrdev_exit(void){  ...  /* 从内核注销cdev设备对象 */  void cdev_del(struct cdev* );  /* 从内核注销cdev设备对象 */  void cdev_put(stuct cdev *);  /* 回收设备号 */  void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);  ...}