linux字符设备驱动模型

在Linux系统中，设备的类型非常繁多，如：字符设备，块设备，网络接口设备，USB设备，PCI设备，平台设备，混杂设备......，而设备类型不同，也意味着其对应的驱动程序模型不同，这样就导致了我们需要去掌握众多的驱动程序模型。从这些众多的驱动模型中提炼出一些具有共性的规则，则是我们学好Linux驱动的关键。

 

设备驱动模型：驱动初始化，实现设备操作，驱动注销。

驱动初始化：1.分配设备描述结构

1.初始化设备描述结构

2.注册设备描述结构

3.硬件初始化

 

1.设备描述结构

在任何一种驱动模型中，设备都会用内核中的一种结构来描述。字符设备在内核中使用struct cdev来描述。

struct cdev{

struct kobject kobj；

struct module *owner；

const struct file operations *ops；//设备操作集

struct list_head list;

dev_t dev;//设备号

unsigned int count；//设备数

};

1.1设备号

查看/dev目录下 设备号

ls -l /dev/

 

10为主设备号，223为次设备号；

1为主设备号，9为次设备号；

 

字符设备文件与字符驱动程序如何建立起对应关系？

答案：主设备号。

驱动程序怎么来区分串口1和串口2？

答案：次设备号。

 

设备号—操作

Linux内核中使用dev_t类型来定义设备号，dev_t这种类型其实质为32位的unsigned int，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。

 

问1：如果知道主设备号，次设备号，怎么组合成dev_t类型

答：dev_t dev = MKDEV(主设备号，此设备号)

问2：如何从dev_t中分解出主设备号？

答：主设备号 = MAJOR（dev_t dev）

问3：如何从dev_t中分解出次设备号？

答：此设备号 = MINOR(dev_t dev)

 

如何为设备分配一个主设备号？

静态申请

开发者自己选择一个数字作为主设备号，然后通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。缺点：如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。

动态分配

使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。

优点：因为内核知道哪些号已经被使用了，所以不会导致分配到已经使用的号。

 

设备号—注销

不论使用何种方法分配设备号，都应该在驱动退出时，使用unregister_chrdev_region函数释放这些设备号。

 

1.2操作函数集

Struct file_operations是一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。结构中的函数指针指向驱动中的函数，这些函数实现一个针对设备的操作，对于不支持的操作则设置函数指针为NULL。例如：

Struct file_operations dev_fops = {

.llseek = NULL,

.read = dev_read,

.write = dev_write,

.ioctl = dev_ioctl,

.open = dev_open,

.release = dev_release,

};

 

2.1描述结构-分配

cdev变量的定义可以采用静态和动态两种办法

。静态分配

Struct cdev mdev

。动态分配

Struct cdev *pdev = cdev_alloc();

 

描述结构-初始化

struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成

cdev_init（struct cdev *cdev，const struct file_operations *fops）

 

参数：

cdev：待初始化的cdev结构

fops：设备对应的操作函数集

 

描述结构-注册

字符设备的注册使用cdev_add函数来完成

Cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)

参数：

p：待添加到内核的字符设备结构

dev：设备号

count：该类设备的设备个数

 

设备操作原型

int（*open）（struct inode *，struct file *）

打开设备，响应open系统

 

int(*release)(struct inode *,struct file *);

关闭设备，响应close系统调用

 

loff_t(*llseek)(struct file *,loff_t,int)

重写位读写指针，响应lseek系统调用

 

ssize_t(*read)(struct file *,char __user *,size_t,loff_t *)

从设备读取数据，响应read系统调用

 

ssize_t(*write)(struct file *,char __user *,size_t,loff_t *)

从设备写入数据，响应write系统调用

 

struct file

在Linux系统中，每一个打开的文件，在内核中都会关联一个struct file，它由内核在打开文件时创建，在文件关闭后释放。

 

重要成员：

loff_t f_pos //文件读写指针

struct file_operations *f_op //该文件所对应的操作

 

struct inode

每一个存在于文件系统里面的文件都会关联一个inode结构，该结构主要用来记录文件物理上的信息。因此，它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件没有被打开时不会关联file结构，但是却会关联一个inode结构。

重要成员：

dev_t i_rdev:设备号