初学字符设备驱动

经过上次学习Linux的helloworld驱动，现在对驱动程序有了一点概念了。今天，接着往下学习Linux驱动咯！
Linux驱动学习任务：
（1）网络接口驱动：重点；（2）块设备驱动；（3）字符设备驱动：重点
Linux用户如何使用上面这些驱动程序的？
对应序号分别是：
（1）用户-->套接字-->协议栈-->网络设备驱动-->网络接口设备
（2）用户-->文件系统-->块设备文件-->块设备驱动-->块设备
（3）用户-->字符设备文件-->字符设备驱动-->字符设备
今天主题：简单的字符设备驱动程序设计框架
相关理论：
1.字符设备：是一种按字节来访问的设备
2.字符驱动：负责驱动字符设备，通常实现open、close、read、write的系统调用
3.主设备号：反映设备类型
4.次设备号：区分同类型的设备，被驱动程序用来辨别操作的是哪一个设备，比如操作多个串口时，次设备就可以知道操作哪一个
5.内核中设备号的描述：
dev_t类型：unsigned int 32位的数，高12位主设备号，底20位次设备号
分离主次设备号：使用宏
MAJOR(dev_t drv)
MINOR(dev_t drv)
6.内核如何分配设备号？
①静态申请：
首先程序员根据Documentation/devices.txt查看确定没有使用的主设备号，然后使用register_chrdev_region函数注册设备号
缺点：容易设备号冲突
②动态分配：
交给内核自己去安排使用哪一个设备号，因为它最清楚哪一个编号没有被使用
程序中使用alloc_chrdev_region函数注册，使用unregister_chrdev_region函数注销
insmod安装完驱动之后cat proc/drivers查询设备号
③还有一个古老的函数可以实现设备号分配
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)，当major为0时为动态分配，不为0时major数值就是指定分配的设备号
3个参数意义：
major：主设备号
name：设备名字

fops：指向驱动操作函数结构体

成功注册：返回值是主设备号

注：在2.6内核里边register_chrdev_region()和unregister_chrdev_region()函数分别是register_chrdev()和unregister_chrdev()的升级版。

这两个版本的函数有什么区别？

①老版本：看源码可以发现：把添加字符设备的工作囊括了进来

register_chrdev()

cdev = cdev_alloc();//申请字符设备

cdev_add(cdev,MKDER(cd->major,0),256); //添加字符设备

②新版本：将老版本的函数拆开，添加字符设备另外操作

register_chrdev_region();

cdev_add();

实验操作：

一、新建一个目录cdrv，在其中新建char_drv.c文件，文件内容如下：

#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/init.h>#include <linux/delay.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/irq.h>#include <asm/io.h>#include <asm/arch/regs-gpio.h>#include <asm/hardware.h>int major;static int char_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){printk("char_drv_open\n");return 0;}static int char_drv_write(struct file * file, const char __user * buffer, size_t count, loff_t * ppos){printk("char_drv_write\n");return 0;}static struct file_operations char_drv_fops = {    .owner  =   THIS_MODULE,    .open   =   char_drv_open,     .write=char_drv_write,   };static int char_drv_init(void){printk("char_drv_init\n");major = register_chrdev(252, "char_drv", &char_drv_fops);return 0;}static void char_drv_exit(void){printk("char_drv_exit\n");unregister_chrdev(major, "char_drv"); // 卸载}module_init(char_drv_init);module_exit(char_drv_exit);MODULE_AUTHOR("CLBIAO");MODULE_DESCRIPTION("Just for Demon");MODULE_LICENSE("GPL");

代码分析：
(1)首先编写驱动操作函数char_dev_open()和char_dev_write()
(2)上面这些操作函数怎么告诉内核？通过char_drv_init函数初始化
   首先，定义file_operation型结构体char_drv_fops，填充他，就会有那么一个对应的函数接口。填充内容：具体的驱动函数的指针
   然后，通过register_chrdev(设备号,设备名,操作函数结构体)函数把这个结构体注册到内核数组chardev[]里面，用户调用该设备时是根据设备号为索引在内核数组里面进行匹配的
(3)卸载驱动程序的时候就是把char_drv_fops从chardev[ ]拖出来
(4)修饰char_drv_init、char_drv_exit
   宏module_init和module_exit就是给这两个函数添加属性：
   module_init：加载到内核映像的initcall区段，初始化加载，后期内存释放
   module_exit：将退出函数添加到指定的区段，调用时直接在该区段搜索。
二、驱动程序万能的Makefile编写：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)obj-m+= char_drv.oelseKDIR = /opt/EmbedSky/linux-2.6.30.4  all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linuxclean:rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symversendif

这个Makefile文件执行过程：第一次进入Makefile，KERNELRELEASE变量为空，条件不成立，执行else分支，make后用“-C”选项指定进入“KDIR”目录读取里边的Makefile文件，从中读取信息，即KERNELRELEASE在这里边有被赋值，接着根据“M=$(PWD)”进入到当前的目录，执行当前目录下面的Makefile，这一次KERNELRELEASE已经有数值了，执行ifneq分支，注意目标文件的名字部分要和其依赖文件的一样，不然编译将出错，这里的编译方式是“obj-m”编译成模块（“obj-y”则是编译进内核）

三、编译make，将生成的char_drv.ko拷贝到nfs文件系统里面，启动开发板内核并挂载nfs文件系统
四、编写测试应用程序：
cdev_test.c代码：

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>int main(void){int fd;int val = 1;fd = open("/dev/xxx",O_RDWR);//打开设备xxx，xxx设备需要使用mknod手动创建设备节点if(fd < 0){printf("open error\n");}write(fd,&val,4); //写xxx设备return 0;}

ubuntu下编译生成可执行文件：
arm-linux-gcc -static -o char_dev char_dev.c
由于我们制作的是静态链接的根文件系统，库文件不共享，所以这里要添加-static编译选项
将编译好的可执行文件复制到nfs文件系统中。

五、在开发板控制台终端输入：
insmod char_drv.ko
cat proc/devices          查看驱动的设备号，当然如果是手动分配设备号程序员自己心中有数了
mknod /dev/xxx c 252 0    手动创建设备文件，这里的“xxx”为设备文件（节点）名字，名字不重要，重要的是这个名字对应的设备号，这个名字要和app打开的设备名称一致
ls -l /dev/xxx
./cdev_test

运行结果就是：

char_dev_open

char_dev_write

运行的整个流程就是：

首先，顶层APP的open()函数根据设备节点文件/dev/xxx里面的信息(包括：设备类型、主设备号等)，找到内核里边字符设备数组chrdev[ ]匹配的一项的file_operation结构体，然后调用结构体里边“.open”指向的函数char_dev_open( )。write()函数根据刚才open打开的那个设备文件的描述符找到设备文件xxx，再根据他找到对应file_operation结构体。write()传入4字节，即val指针指向的内容（int型数值“1”），这个数值最终是被传给file_operation结构体里边“.write”所指向的函数的第二个参数，最终有没有被使用就决定于这个函数了。