Linux设备管理文件系统，mdev，热插拔

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/05/15/6422862.aspx

每次写驱动都要手动创建设备文件过于麻烦，使用设备管理文件系统则方便很多。在2.6的内核以前一直使用的是devfs，但是它存在许多缺陷。它创建了大量的设备文件，其实这些设备更本不存在。而且设备与设备文件的映射具有不确定性，比如U盘即可能对应sda，又可能对应sdb。没有足够的主/辅设备号。2.6之后的内核引入了sysfs文件系统，它挂载在/sys上，配合udev使用，可以很好的完成devfs的功能，并弥补了那些缺点。（这里说一下，当今内核已经使用netlink了，由于我才疏学浅这里暂不介绍）。
udev是用户空间的一个应用程序，在嵌入式中用的是mdev，mdev在busybox中。mdev是udev的精简版。
首先在busybox中添加支持mdev的选项：

C-sharp代码 

1. Linux System Utilities --->   
2.     [*] mdev   
3.     [*]   Support /etc/mdev.conf   
4.     [*]     Support subdirs/symlinks   
5.     [*]       Support regular expressions substitutions when renaming device   
6.     [*]     Support command execution at device addition/removal  

最后修改/etc/fstab:

C-sharp代码 

1. # device  mount-point     type      options    dump    fsck order  
2. #----------------------------------------------------------------  
3. procfs    /proc           proc      defaults    0      0  
4. sysfs     /sys            sysfs     defaults    0      0  
5. tmpfs     /dev/shm        tmpfs     defaults    0      0  
6. usbfs     /proc/bus/usb   usbfs     defaults    0      0  
7. ramfs     /dev            ramfs     defaults    0      0  
8. none      /dev/pts        devpts    mode=0622   0      0  

然后修改/etc/init.d/rcS:

C-sharp代码 

1. # Mount virtual filesystem  
2. /bin/mount -t     proc     procfs    /proc  
3. /bin/mount -n -t  sysfs    sysfs     /sys  
4. /bin/mount -n -t  usbfs    usbfs     /proc/bus/usb  
5. /bin/mount -t     ramfs    ramfs     /dev  
6.  
7. # Make dir  
8. /bin/mkdir -p /dev/pts  
9. /bin/mkdir -p /dev/shm  
10. /bin/mkdir -p /var/log  
11. /bin/mount -n -t devpts none     /dev/pts -o mode=0622  
12. /bin/mount -n -t tmpfs tmpfs     /dev/shm  
13.  
14. # Make device node  
15. echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug  
16. /sbin/mdev -s  

重新打包文件系统，这样/sys目录，/dev目录就有东西了。

如下是我的PWM驱动程序的初始化函数。调用create_class在/sys目录下创建类，调用device_create在/dev目录下创建设备节点。
下面是create_class的原型：

C-sharp代码 

1. /* This is a #define to keep the compiler from merging different 
2.  * instances of the __key variable */  
3. #define class_create(owner, name)       \  
4. ({                      \  
5.     static struct lock_class_key __key; \  
6.     __class_create(owner, name, &__key);    \  
7. })  
8. extern struct class * __must_check __class_create(struct module *owner,  
9.                           const char *name,  
10.                           struct lock_class_key *key);  

class_destroy的原型如下：

C-sharp代码 

1. extern void class_destroy(struct class *cls);  

device_create的原型如下：

C-sharp代码 

1. extern struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent,  
2.                     dev_t devt, void *drvdata,  
3.                     const char *fmt, ...)  
4.                     __attribute__((format(printf, 5, 6)));  

device_destroy的原型如下：

C-sharp代码 

1. extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);  

现在简单说一下mdev的基本原理：
执行mdev -s
以'-s'为参数调用位于/sbin目录下的mdev(其实是个链接，作用是传递参数给/bin目录下的busybox程序并调用它)，mdev扫描/sys/class和/sys/block中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为“dev”的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些为这个设备在/dev下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次“mdev -s”；
热插拔事件：由于启动运行了命令：echo /sbin/mdev > proc/sys/kernel/hotplug，那么当有热插拔事件产生时，内核就会调用位于/sbin目录的mdev。这时mdev通过环境变量中的ACTION和DEVPATH，(这两个变量是系统自带的)来确定此次热插拔事件的动作以及影响了/sys中的那个目录。接着会看看这个目录中是否有"dev"的属性文件，如果有就利用这些信息为这个设备在/dev下创建设备节点文件。

下边是我写的PWM程序：

C-sharp代码 

1. #include <linux/init.h>  
2. #include <linux/module.h>  
3. #include <mach/hardware.h>  
4. #include <asm/io.h>  
5. #include <plat/regs-timer.h>  
6. #include <linux/clk.h>  
7. #include <linux/device.h>  
8. #include <linux/cdev.h>  
9. #include <linux/err.h>  
10. #include <linux/fs.h>  
11. #include <mach/regs-gpio.h>  
12. int MYPWM_MAJOR = 0;  
13. int MYPWM_MINOR = 0;  
14. #define MYPWM_NAME "lwp-bell"  
15. dev_t dev_num;  
16. struct class *pwm;  
17. struct cdev *pwm_cdev;  
18.   
19. /*打开设备*/  
20. int mypwm_open(struct inode*inode, struct file*filp){  
21.     printk("/dev/lwp-bell is open\n");  
22.     return 0;  
23. }  
24.   
25. int mypwm_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg){  
26.   
27.     if(cmd == 0){  
28.         s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0, S3C2410_GPB0_OUTP);  
29.         s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB0, 0);  
30.     }  
31.     else{  
32.         unsigned long tcon;  
33.         unsigned long tcnt;  
34.         unsigned long tcfg0;  
35.         unsigned long tcfg1;  
36.         struct clk *clk_p;  
37.         unsigned long pclk;  
38.         s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0, S3C2410_GPB0_TOUT0);  
39.         tcfg0 = __raw_readl(S3C2410_TCFG0);  
40.         tcfg1 = __raw_readl(S3C2410_TCFG1);  
41.         tcfg0 &= ~S3C2410_TCFG_PRESCALER0_MASK;  
42.         tcfg0 |= (50-1);  
43.         tcfg1 &= ~S3C2410_TCFG1_MUX0_MASK;  
44.         tcfg1 |= S3C2410_TCFG1_MUX0_DIV16;  
45.         __raw_writel(tcfg0, S3C2410_TCFG0);  
46.         __raw_writel(tcfg1, S3C2410_TCFG1);  
47.         clk_p = clk_get(NULL,"pclk");  
48.         /*从系统平台时钟队列中获取pclk的时钟频率，在include/linux/clk.h中定义*/  
49.         pclk = clk_get_rate(clk_p);  
50.         /*计算定时器0的输出时钟频率(pclk/{prescaler0 + 1}/divider value)*/  
51.         tcnt = pclk/50/16/cmd;  
52.         __raw_writel(tcnt, S3C2410_TCNTB(0));  
53.         __raw_writel(tcnt/2,S3C2410_TCMPB(0));  
54.         tcon = __raw_readl(S3C2410_TCON);  
55.         /*关闭死区、自动重载、关反相器、更新TCNTB0&TCMPB0、启动定时器0*/  
56.         tcon &= ~0x1f;  
57.         tcon |= 0xb;  
58.         __raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);  
59.         /*//清除定时器0的手动更新位*/  
60.         tcon &= ~2;  
61.         __raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);  
62.     }  
63.     return 0;  
64. }  
65.   
66. int mypwm_close(struct inode*inode, struct file*filp){  
67.     printk("/dev/lwp-bell is closed\n");  
68.     return 0;  
69. }  
70.   
71. struct file_operations mypwm_ops={  
72.     .owner = THIS_MODULE,  
73.     .open = mypwm_open,  
74.     .release = mypwm_close,  
75.     .ioctl = mypwm_ioctl,  
76. };  
77.   
78. void mypwm_setup(void){  
79.     dev_t num;  
80.     num = MKDEV(MYPWM_MAJOR, MYPWM_MINOR);  
81.     cdev_init(pwm_cdev, &mypwm_ops);  
82.     cdev_add(pwm_cdev, num, 1);                                      //注册cdev结构体  
83. }  
84.   
85. static int __init mypwm_init(void){  
86.     int ret;  
87.     ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, MYPWM_MINOR,1, MYPWM_NAME);  //让系统来分配设备号  
88.     if(ret < 0)  
89.         printk("can't get major number\n");  
90.     MYPWM_MAJOR = MAJOR(dev_num);  
91.     pwm_cdev = kmalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);             //动态申请cdev结构体的内存  
92.     if(!pwm_cdev){  
93.         return -ENOMEM;  
94.     }  
95.     memset(pwm_cdev, 0, sizeof(pwm_cdev));  
96.     mypwm_setup();                                                    //填充cdev结构体的成员  
97.     pwm = class_create(THIS_MODULE,MYPWM_NAME);                       //创建/sys下的类  
98.     if(IS_ERR(pwm)){  
99.         printk("ERROR: Fail to create lwp-bell class\n");  
100.     }  
101.     device_create(pwm,NULL,dev_num,NULL,MYPWM_NAME);                   //创建设备文件  
102.     printk("pwm driver lwp-bell is registered success\n");  
103.     return 0;  
104. }  
105.   
106. static void __exit mypwm_exit(void){  
107.     unregister_chrdev_region(dev_num,1);            /*归还设备号*/  
108.     device_destroy(pwm,dev_num);                    /*删除设备文件*/  
109.     class_destroy(pwm);                             /*删除类*/  
110.     kfree(pwm_cdev);                                /*释放设备结构体内存*/   
111.     cdev_del(pwm_cdev);                             /*注销cdev*/  
112.     printk("pwm driver lwp-bell is removed success\n");  
113. }  
114.   
115. module_init(mypwm_init);  
116. module_exit(mypwm_exit);  
117.   
118. MODULE_LICENSE("GPL");  
119. MODULE_AUTHOR("liwanpeng");  

用户程序：

C-sharp代码 

1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <fcntl.h>  
4. #include <sys/ioctl.h>  
5.   
6. int main(){  
7.     int fd, cmd;  
8.     cmd = 0;  
9.     fd = open("/dev/lwp-bell",O_RDWR);  
10.     if(fd < 0){  
11.         printf("cannot open /dev/lwp-bell\n");  
12.         exit(1);  
13.     }  
14.     while(1){  
15.         scanf("%d", &cmd);  
16.         printf("cmd is %d\n",cmd);  
17.         ioctl(fd, cmd);  
18.         if(cmd <= 0)  
19.             break;  
20.     }  
21.     close(fd);  
22.     return 0;  
23. }