字符设备驱动

一、设备分类

按设备访问方式（特点）：

1、字符设备：鼠标，键盘，串口，帧缓存

        特点：以字节为单位访问，通常只支持顺序访问，无缓冲存

2、块设备：磁盘，光驱，flash

        特点：以固定大小为单位访问，支持随机访问，有缓存,不直接和VFS交互

3、网络设备：

        特点：无设备节点，通过套接字访问设备

设备号概念：

在linux中，每个设备对应一个或者多个设备号

设备号为dev_t类型，一般是一个32位的整数

主设备号：区分不同类型的设备

次设备号：区分相同类型的不同设备

对设备号操作的有三个宏函数：

MAJOR(dev_t   dev)   获得主设备号

MINOR(dev_t    dev)    获得次设备号

MKDEV(int   major，int   minjor)    将主设备和次设备号转换成dev_t类型的设备号

240—254是实验用的设备号，内核不会使用

1、分配设备号和释放设备号

分为静态和动态分配两种

第一种，静态分配：

#include<linux/fs.h>

int register_chrdev_region(dev_t  from, unsigned count, const char  *name);

    功能：静态分配设备号，即分配我们指定的设备号，可以连续分配多个

    参数：

                 from：是你要分配的起始设备号，first的次设备号经常被设置为0。

                 count：请求的连续设备号的个数

                 name：设备名称，这个名称是与设备号范围相关联的。它会出现在 /proc/devices 和 sysfs 中

    返回值：成功返回0，错误返回负的错误码

第二种，动态分配：

我们经常不知道设备将要使用那些设备号，很有可能我们指定的设备号已经被别的设备使用，这样就会导致设备号分配失败。这时我们应当动态分配设备号

#include<linux/fs.h>

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,

const char *name)

    功能：动态分配设备号

    参数：

                dev：                当成功分配设备号后，此变量用于保存已分配设备号范围的第一个编号

                

baseminor：  

请求的第一个要用的次设备号，它常常是 0

                count：            请求的连续设备号的个数

                 name：            设备名称，这个名称是与设备号范围相关联的。它会出现在 /proc/devices 和 sysfs 中

    返回值：成功返回0，错误返回负的错误码

    通常我们会查看/proc/devices来得知我们新分配的主设备号

不论你用哪种方法分配设备号，都应该在不使用它们时释放这些设备编号：

#include<linux/fs.h>

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

    功能：释放设备号

    参数：

                from：  要释放的起始设备号

                count：要连续释放的设备号的个数

    返回值：成功返回0，错误返回负的错误码

2、一些重要的数据结构

1、struct   file_operations 定义在#include<linux/fs.h>中，这个结构包含了一组函数指针，可以通过给这些函数指针赋值，来指定对设备的一系列操作，如open，close，read等        

2、struct    cdev用来描述一个字符设备，在 <include/linux/cdev.h> 中定义

struct cdev {

struct     kobject      kobj;

struct     module     *owner;

const     struct     file_operations   *ops;

struct     list_head list;

dev_t     dev;

unsigned     int count;

};

3、注册字符设备

#include <include/linux/cdev.h> 

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);

经过上述的字符设备注册后，

便将相应的操作函数与设备号关联到了一起。并将这个cdev结构插入到链表中，

struct cdev 有一个拥有者成员, 应当设置为 THIS_MODULE

一旦 cdev 结构建立, 最后的步骤是把它告诉内核, 调用: 

#include <include/linux/cdev.h> 

int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count); 

    num：起始设备号

    count：要连续关联的个数

至此，才将设备号和相应的操作关联起来。

如果要移除一个字符设备,调用：

#include <include/linux/cdev.h> 

void cdev_del(struct cdev *dev); 

4、建立一个设备节点

mknod    /dev/设备节点名   c    major     minor

5、之后再应用程序中便可以调用相应的open，read函数来操作这个设备节点实现对设备的驱动。

一般在加载函数中实现1-—3步。在卸载函数中实现cdev_del

二、file和inode结构

1、

struct    file定义在<linux/fs.h>文件中，系统中每个打开的文件有一个关联的 struct file 在内核空间，它由内核在 open 时创建。

file结构的一些成员如下所示:

mode_t   f_mode; 

    文件模式确定文件是可读的或者是可写的(或者都是), 通过位 FMODE_READ 和 FMODE_WRITE. 你可能想在你的 open 或者 ioctl 函数中检查这个成员的读写许可，但由于内核在调用驱动程序的read和write前已经检查了访问权限，所以在驱动程序的read和write不必检查权限。在没有获得对应访问权限而打开文件的情况下，对文件的读写操作将被内核拒绝，驱动无需为此而做额外的判断。

注：此权限检查对应的是文件本身的权限，也就是ls -l是的权限位，而不是open时指定的那个权限。

loff_t f_pos; 

     当前读写位置. loff_t 在所有平台都是 64 位( 在 gcc 术语里是 long long )。

驱动可以读这个值，如果它需要知道文件中的当前位置,，但是正常地不应该改变它； 

读和写应当使用它们作为最后参数而收到的指针来更新一个位置， 代替直接作用于 

filp->f_pos。 这个规则的一个例外是在 llseek 方法中， 它的目的就是改变文件位

置。

unsigned int f_flags; 

     这些是文件标志, 例如 O_RDONLY, O_NONBLOCK, 和 O_SYNC. 驱动应当检查 O_NONBLOCK 标志来看是否是请求非阻塞操作( 我们在第一章的"阻塞和非阻塞操作"一节中讨论非阻塞 I/O ); 其他标志很少使用.。

struct file_operations *f_op; 

    和文件关联的操作. 内核安排指针作为它的 open 实现的一部分, 接着读取它当它需要分派任何的操作时. filp->f_op 中的值从不由内核保存为后面的引用; 这意味着你可改变你的文件关联的文件操作, 在你返回调用者之后新方法会起作用.

void *private_data; 

    open 系统调用设置这个指针为 NULL, 在为驱动调用 open 方法之前. 你可自由使

用这个成员或者忽略它; 你可以使用这个成员来指向分配的数据, 但是接着你必须

记住在内核销毁file之前,，在 release 方法中释放那个内存.。private_data 

是一个非常有用的资源, 在系统调用间保留状态信息, 我们大部分例子模块都使用它. 

struct dentry *f_dentry; 

    文件对应的目录项( dentry )结构.， 除了用filp->f_dentry->d_inode 访问索引节点结构外，设备驱动编写者正常地不需要关心 dentry 

结构， 实际的

结构里还有其他一些成员, 但是它们对设备驱动没有多大用处。 

 

因为驱动从不创建文件结构，它们只是对别处创建的file结构进行访问，因此 

我们可以安全地忽略这些成员,

2、

struct  indoe定义在<linux/fs.h>文件中，inode结构表示文件的静态属性，也就是文件本身的真正的属性。而file结构则是动态属性，

比如多个进程打开同一个文件，会有多个file结构，但只有一个indoe结构。

indoe结构中包含了大量的有关文件的信息。作为常规，一般只有下面两个成员对编写驱动代码有用：

dev_t i_rdev; 

    对于表示设备文件的indoe结构, 这个成员包含了真正的设备编号. 

struct cdev   *i_cdev; 

    struct cdev 是对应打开的字符设备的结构，当indoe指向一个字符设备文件时，该字段包含了指向struct  cdev结构的指针。

为了增加代码的可移植性，内核开发者增加了两个宏，可用来从一个indoe中获得主设备号和次设备号

unsigned int iminor(struct inode *inode); 

unsigned int imajor(struct inode *inode);