字符设备驱动程序浅析

前段时间转载了一篇“字符设备模型浅析”，此乃大神之作（在“好文推荐”目录中），膜拜许久，感觉不够，所以转载了。做个基层官员混口饭吃没关系，如果想进入核心领导层，想攀升，就必须理解背后的机制，背后十年功呀。希望想深入研究设备驱动注册机理的同志们分析下。我在这里之分析下几个注册函数，写个例子应用下，跟前者相比太献丑了，希望坚持带来提高，呵呵。

 

我先简单介绍下字符设备驱动的概念。

1、字符设备可以分为字符设备， 块设备，网络设备。

　字符设备指那些必须以串行顺序依次进行访问的设备，如触摸屏、磁带驱动器、鼠标等。块设备可以用任意顺序进行访问，以块为单位进行操作，如硬盘、软驱等。字符设备不经过系统的快速缓冲，而块设备经过系统的快速缓冲。但是，字符设备和块设备并没有明显的界限，如对于Flash设备，符合块设备的特点，但是我们仍然可以把它作为一个字符设备来访问。

 

2、前面有一篇我讲到了应用程序如何最终调用设备驱动程序。现在我们看看字符设备驱动是如何注册的，如果想搞清楚这个问题，我还是建议看我转载的那篇文章。

 

（1）分配一个设备号，如果自己不知道哪些设备号空闲，可调用动态分配函数。

静态分配函数：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

使用：指定从设备号from开始，申请count个设备号，在/proc/devices中的名字为name。返回值：成功返回0，失败返回错误码。

动态分配函数：

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

使用：动态申请从次设备号baseminor开始的count个设备号，在/proc/devices中的名字为name，并通过dev指针把分配到的设备号返回给调用函数者。返回值：成功返回0，失败返回错误码。

（2）注册设备。

首先分配一个cdev结构体

 

然后调用：void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

参数：cdev：之前我定义的cdev结构体；fops：设备对应的文件操作结构体。

返回值：(函数有可能失败，查看返回值是必须的)成功返回0，示范返回对应的错误码

这个函数将cdev与file_operations联系起来，我们还要手动指定test_cdev->owner = THIS_MODULE.这样内核能帮助我们维护cdev结构。

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
 529{
 530 memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
 531 INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
 532 cdev->kobj.ktype = &ktype_cdev_default;
 533 kobject_init(&cdev->kobj);
 534 cdev->ops = fops;
 535}

 

然后添加设备到内核：int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count)

这个函数非常可能失败，所以我们要做相应的处理。有兴趣的可以看下cdev_add的源码。

 

（3）当设备驱动程序不用时，需卸载：注销设备所使用的设备号，void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)注销cdev结构体void cdev_del(struct cdev *p)

 

3 我觉得有必要介绍下老的设备注册方法。

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
 267 const struct file_operations *fops)
 268{
 269 struct char_device_struct *cd;
 270 struct cdev *cdev;
 271 char *s;
 272 int err = -ENOMEM;
 273
 274 cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);
 275 if (IS_ERR(cd))
 276 return PTR_ERR(cd);
 277
 278 cdev = cdev_alloc();
 279 if (!cdev)
 280 goto out2;
 281
 282 cdev->owner = fops->owner;
 283 cdev->ops = fops;
 284 kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
 285 for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))
 286 *s = '!';
 287
 288 err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);
 289 if (err)
 290 goto out;
 291
 292 cd->cdev = cdev;
 293
 294 return major ? 0 : cd->major;
 295out:
 296 kobject_put(&cdev->kobj);
 297out2:
 298 kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));
 299 return err;
 300}

仔细看下代码会发现，原来老的注册方法是我们讲的新方法的封装，它虽然在某种意义上带来了便利，但是也存在很多麻烦。对它的调用将为给定的主设备号注册0-255作为此设备号。使用这一接口必须能够处理256个此设备号的open调用，而且也不能使用大于255的测设备号。新的内核不主张使用这一接口。

 

下面参考书上写的一个简单的驱动程序，在系统上测试过。

 

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/moduleparam.h>
//#include <linux/>


MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

int major=0;
module_param(major,int,0);
int minor=0;
module_param(minor,int,0);
struct test_dev{
    char test[256];
    struct cdev cdev;
};
struct test_dev* my_dev;

int test_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
    printk(KERN_ALERT "open, tamclub");
    return 0;
}

int test_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
    printk(KERN_ALERT "close, tamclub");
    return 0;
}

static struct file_operations test_fops={
    .owner=THIS_MODULE,
    .open=test_open,
    .release=test_release,
};
static int hello_init(void)
{
    int ret;
    dev_t dev;
    my_dev=kmalloc(sizeof(struct test_dev),GFP_KERNEL);
    if(!my_dev){
        printk("bad kmalloc");
        return -ENOMEM;
    }
    if(major){
        dev=MKDEV(major,minor);
        ret=register_chrdev_region(dev,0,"test");
    }else{
        ret=alloc_chrdev_region(&dev,minor,1,"test");
        major=MAJOR(dev);
        printk(KERN_ALERT "%d",major);
    }
    if(ret<0){
        printk(KERN_ALERT "can't get major %d\n",major);
    }
    cdev_init(&my_dev->cdev,&test_fops);
    my_dev->cdev.owner=THIS_MODULE;
    my_dev->cdev.ops=&test_fops;
    ret=cdev_add(&my_dev->cdev,dev,1);
    if(ret){
        printk(KERN_ALERT "error %d",ret);
    }

    printk(KERN_ALERT "Hello, tmaclub\n");
    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),1);
    cdev_del(&my_dev->cdev);
    kfree(my_dev);
    printk(KERN_ALERT "Goodbye, tmaclub\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

下面是makefile：

 

ifeq ($(KERNELRELEASE),)

    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
    PWD := $(shell pwd)

modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install

clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

.PHONY: modules modules_install clean

else
    # called from kernel build system: just declare what our modules are
    obj-m :=my_dev.o
endif

调试过程：

首先执行make

然后执行sudo insmod my_dev.ko，执行dmesg观察信息：[  207.350969] 252<1>Hello, tmaclub

创建dev文件:mknod /dev/my_dev c 252 0(252是自动分配的主设备号，有printk打印出)

最后执行cat /dev/my_dev

完成后执行dmesg观察内核的打印信息：[  300.442444] open, tamclub<1>close, tamclub

调试完成。