《linux设备驱动详解》学习笔记（二）---字符设备驱动程序

一、程序的基本构架如下：

1、头文件包含、宏定义

2、设备结构体（一般都包括cdev结构体与设备的其他参数）

3、用户接口定义（打开文件，关闭文件，写文件，读文件，定位文件等等）

4、用户接口结构体（struct file_operations）

5、加载模块

（1）申请结构体的内存

（2）初始化cdev以及设备的其他参数（cdev_init( )，register_chrdev_region( )静态申请设备号，alloc_chrdev_region( )动态申请设备号）

（3）向内核添加cdev（cdev_add( )）

6、卸载模块

（1）注销cdev（cdev_del( )）

（2）释放设备结构体的内存

（3）释放设备号（unregister_chrdev_region( )）

7、其他声明（MODULE_AUTHOR( )声明作者、MODULE_LICENSE( )声明证书等等）

二、以下就解释一下主要的几部分

1、设备结构体

/*globalmem设备结构体*/
struct globalmem_dev{
	struct cdev cdev;/*cdev结构体*/
	unsigned char mem[GLOBALMEM_SIZE];/*全局内存*/
	struct semaphore sem/*并发控制用的信号量*/
};

一般设备结构体都会包含（1）cdev结构体，这是内核结构体，包含了设备号、文件操作结构体、所属模块等数据项（2）操控设备过程中要用到的一些变量或存储空间，比如并发控制需要用到的信号量或自旋锁、支持阻塞操作需要用到的阻塞等待队列头等等

2、用户接口结构体

/*file operation struct*/
static const struct file_operations globalmem_fops={
	.owner=THIS_MODULE,
	.llseek=globalmem_llseek,
	.read=globalmem_read,
	.write=globalmem_write,
	.ioctl=globalmem_ioctl,
	.open=globalmem_open,
	.release=globalmem_release,
};

用户程序主要是为用户服务，而驱动程序主要是为用户程序服务。因为用户程序是通过系统调用来实现某项功能，而驱动程序正是为用户程序提供这些系统调用。用户程序对一个设备的操作一般都不止一个，比如说用户程序对字符设备的操作有打开、定位、读、写、关闭等，而这么多的操作，它们对应的程序到底在哪里呢？所以需要一个（struct file_operations）用户接口结构体来管理着，这个结构体的每一项都是一个函数指针，都指向一个操作函数程序，用户如果需要对该设备进行什么操作，只要通过该结构体就可以找到该操作对应的程序在哪里。

3、加载模块

/*初始化并注册cdev*/
static void globalmem_setup_cdev(struct globalmem_dev *dev,int index)
{
	int err,devno=MKDEV(globalmem_major,index);
	
	cdev_init(&dev->cdev,&globalmem_fops);
	dev->cdev.owner=THIS_MODULE;
	err=cdev_add(&dev->cdev,devno,1);
	if(err)
		printk(KERN_INFO "Error %d adding globalmem %d",err,index);
}

/*设备驱动模块加载函数*/
int globalmem_init(void)
{
	int result;
	dev_t devno=MKDEV(globalmem_major,0);
	
	/*申请设备号*/
	if(globalmem_major)
		result=register_chrdev_region(devno,1,"globalmem");
	else{/*动态申请设备号*/
		result=alloc_chrdev_region(&devno,0,1,"globalmem");
		globalmem_major=MAJOR(devno);
	}
	if(result<0)
		return result;
	
	/*动态申请结构体的内存*/
	globalmem_devp=kmalloc(sizeof(struct globalmem_dev),GFP_KERNEL);
	if(!globalmem_devp){/*申请失败*/
		result=-ENOMEM;
		goto fail_malloc;
	}

	memset(globalmem_devp,0,sizeof(struct globalmem_dev));

	globalmem_setup_cdev(globalmem_devp,0);
	init_MUTEX(&globalmem_devp->sem);/*初始化信号量*/
	return 0;

fail_malloc:
	unregister_chrdev_region(devno,1);
	return 0;
}

一般加载模块的主要工作有二：

（1）初始化设备结构体，即初始化cdev结构体和操控设备过程中要用到的一些变量或存储空间，不过在初始化cdev结构体之前，你需要通过静态或动态的方式申请号主设备号；

（2）向系统添加该设备，系统会对cdev和设备号有个登记的，这样用户程序才能通过系统来使用该设备。

4、卸载模块

/*模块卸载函数*/
void globalmem_exit(void)
{
	cdev_del(&globalmem_devp->cdev);/*注销cdev*/
	kfree(globalmem_devp);/*释放设备结构体内存*/
	unregister_chrdev_region(MKDEV(globalmem_major,0),1);/*释放设备号*/
}

卸载模块主要是对设备结构做善后处理，释放设备结构体的内存，不过释放前要先注销cdev，释放后要释放设备号，因为这两者在你加载进去的时候，系统都有记录的。比如小车开进某个小区时，需要要登记你的车牌号表示你进入该小区，离开时你需要让门卫将你的车牌号从登记表上划掉，表示你离开了该小区。

5、出入口

module_init(globalmem_init);
module_exit(globalmem_exit);

用户程序都会使用main函数来告知系统该程序应该从哪里执行，驱动程序同样也有，它是通过module_init和module_exit来告知系统应该从哪里进入，从哪里出来。

三、完整代码会在《并发控制》那一篇blog贴出