Linux驱动开发入门与实践（一）

    最近这一段时间，把之前学的linux基础的东西捡了回来，正式开始接触驱动了。接触后发现底层的东西还是相当的繁琐，内核里的宏定义数不胜数，结构体，指针更是扑面而来。驱动主要分为三部分，分别是字符设备、块设备以及网络接口设备。这里先总结下简单字符设备驱动相关的东西。

参考资料：1.《Linux驱动开发入门与实践》 郑强

                    2.《国嵌培训资料以及视频》

    参考资料1个人觉得不是很适合拿来上手，虽然讲的点多，但是却不细致。而2讲的点少，但比较细也比较浅显。

字符设备驱动：

    字符设备理解起来可以和块设备进行区分理解。

  字符=只能一个一个字节读写 

     块=可以从任意位置读取一定长度数据的设备，不必按照先后顺序。

如果对应上实物的话：字符设备有：鼠标、键盘、串口、控制台···

                                        块设备有：SD卡、硬盘、磁盘、U盘···

Linux具体是怎样去操作设备驱动的？

    在Linux系统中，每个字符设备或者块设备都在 /dev目录下有对应一个设备文件。Linux对设备进行操控，本质上就是通过这些文件来操作的。这样相当于有了一套标准，程序员便可以撇开设备的差异化从而按照标准进行编程。

 区分一个现成的Linux系统当前的设备文件的属性，只需要cd /dev 然后 ls -l 

出现以下条目：

crw-rw----+    1  root  root  14,      12       12-21    22:56     adsp

第一个字符c 就表示char 字符型设备 ，b则表示block 块设备。而5、6字段分别表示主设备号和次设备号。

为什么需要主设备号和次设备号呢？

主设备号用来区分不同类型的设备，如USB设备和串口设备。次设备号则是用来区分某一类型设备中不同的子设备。如串口设备不止一种，所以通过此设备号进行区分。

主设备号和次设备号的表示（具体代码实现）

Linux中用dev_t 类型来表示设备号。其实它本质上就是一个无符号长整型，

typedef  u_long  dev_t

u_long 在32位机里为4个字节 ，在64位里为8字节。由于自己学的是ARM，以32位机为例。其中高12位表示主设备号，低20位表示次设备号。

设备号的获得与申请方式：

主要有2种，第一种为静态申请，第二种自然就是动态申请。采用的方法不同，前期的基础工作也就不同。

先说说静态申请：静态申请毫无疑问需要程序员自己给分配一个设备号，那么怎样判断一个设备号是否可用呢？或者说当前系统里没有被其他设备占用呢？

方法：可以读取 /proc/devices 文件来获得设备号。

指令如下：cat /proc/devices 

 

知道当前系统占用的设备号后，比如要需要设置的设备号为200，那么怎么构建该设备号呢？

Linux系统采用MKDEV来实现，其中

dev_t devno=MKDEV(ma，mi);其中ma为主设备号，mi为次设备号。

构建完设备号之后，还需要进行申请，静态申请的方法为：

int  register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count , const char *name);   头文件：<fs/char_dev.c>

from 是要分配设备号范围起始值，count表示需要申请设备号的个数。 name则是设备名称，注意不能超过64字节。

动态分配：静态分配由于人为因素，很可能导致冲突，所以Linux自己给自动分配一个未使用的设备号则更加有利。

动态申请不需要自己构建设备号，调用函数：

int alloc_chrdev_region(&dev_t  *dev,unsigned baseminor,unsigned count, const char *name)

成功后返回的设备号保存在dev指向的dev_t 类型的变量里。baseminor 为次设备号的起始号，count为子设备数 name为设备名称。

申请完后，要将字符设备注册到系统中，才能使用。

cdev 用来描述字符设备。

struct cdev {

    struct kobject kobj;

    struct module *owner;/*指向包含该结构的模块的指针，用于引用计数*/

     const struct file_operations *ops;/*指向字符设备操作函数集的指针*/ 

    struct  list_head list; /*该结构将使用该驱动的字符设备连成一个链表*/

    dev_t dev; /*该字符设备的起始设备号*/

    unsigned int count;/*使用该字符设备驱动的设备数量*/

};

kobj结构用于内核管理字符设备，驱动开发人员一般不使用。

ops是指向file_operations 操作函数结构体指针。

list为双向链表，用于将其他结构体连接成一个双向链表,其连接到inode结构体i_devices成员。而i_devices也是一个list_head结构。这样使得cdev结构与inode结点组成一个双向链表。

文件系统中对字符设备文件的访问

对于一个字符设备文件, 其inode->i_cdev 指向字符驱动对象cdev, 如果i_cdev为 NULL ,则说明该设备文件没有被打开.

由于多个设备可以共用同一个驱动程序.所以,通过字符设备的inode 中的i_devices 和 cdev中的list组成一个双向链表。inode表示/dev下的设备文件。每一个字符设备在/dev下都有一个设备文件，打开设备文件就相当于打开相应的字符设备。例如应用程序打开设备文件A，那么系统就会产生一个inode结点，这样可以通过inode结点的i_cdev字段找到cdev字符结构体。

 

 首先,系统调用open打开一个字符设备的时候, 通过一系列调用,最终会执行到 chrdev_open.

　　(最终是通过调用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 这一系列的调用过程,本文暂不讨论)

　　int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

　　chrdev_open()所做的事情可以概括如下:

　　1. 根据设备号(inode->i_rdev), 在字符设备驱动模型中查找对应的驱动程序, 这通过kobj_lookup() 来实现, kobj_lookup()会返回对应驱动程序cdev的kobject.

　　2. 设置inode->i_cdev , 指向找到的cdev.

　　3. 将inode添加到cdev->list的链表中.

　　4. 使用cdev的ops 设置file对象的f_op

　　5. 如果ops中定义了open方法,则调用该open方法

　　6. 返回.

　　执行完 chrdev_open()之后,file对象的f_op指向cdev的ops,因而之后对设备进行的read, write等操作,就会执行cdev的相应操作.