Linux驱动程序开发 - 设备与驱动的关系

序言
前面两章我们了解了Linux驱动程序的基本框架，也了解了如何编译Linux的驱动程序。接下来我们有必要介绍Linux系统的设备了，这样我们才能清 楚的知道应用程序和设备驱动程序是如何的工作的，或者说应用程序是如何控制驱动程序的，进而知道应用程序是如何通过驱动程序操作设备的。

Linux设备分类
Linux下的设备通常分为三类，字符设备，块设备和网络设备。

• 字符设备

一个字符设备是一种字节流设备，对设备的存取只能按顺序按字节的存取而不能随机访问，字符设备没有请求缓冲区，所有的访问请求都是按顺序执行的。Linux下的大多设备都是字符设备。应用程序是通过字符设备节点来访问字符设备的。设备节点一般都由mknod命令都创建在/dev目录下，下面的例子显示了串口设备的设备节点。字符设备文件的第一个标志是前面的“c”标志。

root#ls -l /dev/ttyS[0-3]
crw-rw----  1 root  root 4, 64 Feb 18 23:34 /dev/ttyS0
crw-r-----  1 root  root 4, 65 Nov 17 10:26 /dev/ttyS1
crw-rw----  1 root  root 4, 66 Jul  5  2000 /dev/ttyS2
crw-rw----  1 root  root 4, 67 Jul  5  2000 /dev/ttyS3

• 块设备

存储设备一般属于块设备，块设备有请求缓冲区，并且支持随机访问而不必按照顺序去存取数据，比如你可以先存取后面的数据，然后在存取前面的数据，这对字符 设备来说是不可能的。Linux下的磁盘设备都是块设备，尽管在Linux下有块设备节点，但应用程序一般是通过文件系统及其高速缓存来访问块设备的,而 不是直接通过设备节点来读写块设备上的数据。

root# ls -l /dev/hda[1-3]
brw-rw----  1 root  root  3, 1 Jul  5  2000 /dev/hda1
brw-rw----  1 root  root  3, 2 Jul  5  2000 /dev/hda2
brw-rw----  1 root  root  3, 3 Jul  5  2000 /dev/hda3

• 网络设备

网络设备不同于字符设备和块设备，它是面向报文的而不是面向流的，它不支持随机访问，也没有请求缓冲区。在Linux里一个网络设备也可以叫做一个网络接口，如eth0，应用程序是通过Socket而不是设备节点来访问网络设备，在系统里根本就不存在网络设备节点。

相对于这三类设备，Linux设备驱动程序也分为对应的三类：字符设备驱动程序、块设备驱动程序和网络设备驱动程序。

设备节点、设备驱动及设备的关联
当我们访问一个设备节点是，系统是如果知到使用哪个设备驱动及访问哪个设备的呢？这个是通过设备号来实现的。当我们创建一个设备节点时需要指定主设备号和次设备号。对于设备节点来说，名字不是重要的，设备号才是最重要的，它实际指定了对应的驱动程序和对应的设备。

• 主设备号

驱动程序在初始化时，会注册它的驱动及对应主设备号到系统中，这样当应用程序访问设备节点时，系统就知道它所访问的驱动程序了。你可以通过/proc/devices文件来驱动系统设备的主设备号。

• 次设备号

驱动程序遍历设备时，每发现一个它能驱动的设备，就创建一个设备对象，并为其分配一个次设备号以区分不同的设备。这样当应用程序访问设备节点时驱动程序就可以根据次设备号知道它说访问的设备了。

Linux中设备节点是通过“mknod”命令来创建的。一个设备 节点其实就是一个文件，Linux中称为设备文件。有一点必要说明的是，在Linux中，所有的设备访问都是通过文件的方式，一般的数据文件程序普通文 件，设备节点称为设备文件。在Linux内核中网络设备也是通过文件操作的，称为网络设备文件，在用户空间是通过socket接口来访问的。socket 号就是网络设备文件描述符。

我们的linux操作系统跟外部设备（如磁盘、光盘等）的通信都是通过设备文件进行的，应用程序可以打开、关闭、读写这些设备文件，从而对设备进行 读写，这种操作就像读写普通的文件一样easy。linux为不同种类的设备文件提供了相同的接口，比如 read(),write(),open(),close()。

      所以在系统与设备通信之前，系统首先要建立一个设备文件，这个设备文件存放在/dev目录下。其实系统默认情况下就已经生成了很多设备文件，但有时候我们需要自己手动新建一些设备文件，这个时候就会用到像mkdir, mknod这样的命令。

       mknod 的标准形式为:       mknod DEVNAME {b | c}  MAJOR  MINOR

       1，DEVNAME是要创建的设备文件名，如果想将设备文件放在一个特定的文件夹下，就需要先用mkdir在dev目录下新建一个目录；

       2， b和c 分别表示块设备和字符设备：

                  b表示系统从块设备中读取数据的时候，直接从内存的buffer中读取数据，而不经过磁盘；

                  c表示字符设备文件与设备传送数据的时候是以字符的形式传送，一次传送一个字符，比如打印机、终端都是以字符的形式传送数据；

       3，MAJOR和MINOR分别表示主设备号和次设备号：

             为了管理设备，系统为每个设备分配一个编号，一个设备号由主设备号和次设备号组成。主设备号标示某一种类的设备，次设备号用来区分同一类型的设备。 linux操作系统中为设备文件编号分配了32位无符号整数，其中前12位是主设备号，后20位为次设备号，所以在向系统申请设备文件时主设备号不好超过 4095，次设备号不好超过2^20 -1。

 .

 下面，我们就可以用mknod命令来申请设备文件了。      

          mkdir -p  /dev/cobing

           mknod /dev/cobing/mydev1 c 128 512

后记
这一章我们了解了Linux设备、设备节点与设备驱动的关系，也了解了应用程序是如何通过设备驱动程序访问设备的。下一章我们就可以给Hello World程序添加读写功能了，并且为它创建一个设备节点，这样我们就可以通过应用程序来操作Hello World驱动程序的内容了。

疑问1：次设备号的作用是什么？
疑问2：有多个相同类型设备时设置主设备号相同，次设备号多个？那应用程序怎么去区别？