字符设备驱动程序

*设备号

*创建设备文件

*设备注册

*重要数据结构

*设备操作

主次设备号

字符设备通过字符设备文件来存取。字符设备文件由使用ls –l的输出的第一列的“C”标识。如果使用ls –l命令，会看到在设备文件项中有2个数（由一个逗号分隔）这些数字就是设备文件的主次设备编号。

*主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序。次编号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备。

**主设备号用来反应设备类型**

**次设备号用来区分同类型设备**

Q：内核中如何描述设备号？

A：dev_t

**其实质为unsigned int 32位整数，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。

Q: 如何从dev_t中分解出主设备号？

A: MAJOR(dev_t dev)

Q: 如何从dev_t中分解出次设备号？

A: MINOR(dev_t dev)

Linux内核如何给设备分配主设备号？

可以采用静态申请，动态申请两种方法

*方法

1、根据Documentation/devices.txt，确定一个没有使用的主设备号

2、使用register_chrdev_region函数注册设备号

*优点：简单

*缺点：一旦驱动被广泛使用，这个随即选定的主设备号可能会导致设备号冲突，而使驱动程序无法注册。

函数：

*方法：使用alloc_chrdev_region分配设备号

*优点：简单易于推广

*缺点：无法在安装驱动前创建设备文件（因为安装前还没有分配到设备号）

*解决方法：安装驱动后，从/proc/devices中查询设备号。

函数：

注销设备号

不论使用何种方法分配设备号，都应该在不再使用它们的时释放这些设备号。

Void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

功能：

释放从from开始的count个设备号

创建设备文件

*使用mknod 命令手工创建

*自动创建

手工创建

mknod用法:mknod filename type major minor

例如：mknod serial0 c 200 0

在Linux字符设备驱动程序设计中，有3中非常重要的数据结构：

Struct file

代表一个代开的文件。系统中每个打开的文件在内核空间都关联的struct file。它由内核在打开文件的时候创建，在文件关闭后释放。

*重要成员：

loff_t f_pos /*文件读写位置*/

Struct file_operations *f_op

Struct inode

用来记录文件的物理上的信息。因此，它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件可以对应多个file结构，但只有一个inode结构。

*重要成员：

dev_t i_rdev:设备号

Struct file_operations

一个函数指针的合集，定义能在设备上进行的操作。结构中的成员指向设备驱动中的函数，这些函数实现一个特别的操作，对于不支持的操作保留为NULL。

设备注册

在linux 2.6内核中，字符设备使用struct cdev来描述。

字符设备的注册可分为如下3个步骤：

1、 分配cdev

2、 初始化cdev

3、 添加cdev

设备注册（分配）

Struct cdev的分配可使用cdev_alloc函数来完成

Struct cdev *cdev_alloc(void)

Struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。

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

参数：

cdev:待初始化的cdev结构

fops:设备文件对应的操作函数集

设备注册（添加）

Struct cdev的注册使用cdev_add函数来完成。

Int 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:添加设备个数

设备操作的实现

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

在设备文件上的第一个操作，并不要求驱动程序一定要实现这个方法。如果该项为NULL，设备的打开操作永远是成功的。

void(*release)(struct inode *, struct file *)

当设备文件被关闭时调用这个操作。与open相仿，release也可以没有。

ssize_t(*read)(struct file *, char_usr *, size_t, loff_t *)

从设备中读取数据

ssize_t(*write)(struct file *, const char_usr *, size_t, loff_t *)

向设备发送数据

unsigned init (*poll)(struct file * , struct poll_table_struct *)

对应select系统调用

int (*ioctl)(struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long)

控制设备

int (*mmap)(struct file *, struct vm_area_struct *)

将设备映射到进程虚拟地址空间

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

修改文件的当前读写位置，并将新位置做为返回值。

Open方法

Open方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的。在大部分的驱动程序中，open完成如下工作：

*初始化设备

*表明次设备号

Release方法的作用正好与open相反。这个设备方法有时也称为close它应该：

*关闭设备

读和写方法完成类似的工作，从设备中读取数据到用户空间；将数据传递给驱动程序，它们的原型也相当相似：

ssize_t xxx_read(struct file *filp, char_usr *buff, size_t count, loff_t *offp)

ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char_usr *buff, size_t count, loff_t *offp)

对于第2个方法，filp是文件指针，count是请求传输的数据量，buff参数指向数据缓存，最后，offp指出文件当前的访问位置。

Read和Write方法的buff参数是用户空间指针。因此，它不能被内核代码直接饮用，理由如下：用户空间指针在内核空间时可能根本是无效的—没有那个地址的映射。

内核提供来专门的函数用于访问用户空间的指针，如：

int copy_from_user(void *to , const void __usr *from, int n)

int copy_to_user(void __usr *to, const void *from, int n)

设备注销

字符设备的注销使用cdev_del函数来完成。

int cdev_del(struct cdev *p)

参数：

p: 要注销的字符设备结构。