linux驱动笔记三（字符设备驱动）

cdev描述字符设备。其中的dev_t成员定义了设备号，用下列宏可以获得主设备号和次设备号：

MAJOR(dev_t dev);

MINOR(dev_t dev);

使用下列宏可以通过主设备号和次设备号生成dev_t:

MKDEV(int major, int minor);

其中的成员file_operations定义了一组字符设备驱动提供给虚拟文件系统的接口函数。

内核提供了一组函数用于操作cdev结构体：cdev_init()用于初始化cdev成员，并建立cdev和file_operations之间的连接。cdev_alloc()用于动态申请一个cdev内存。cdev_add()和cdev_del()分别向系统添加和删除一个cdev。cdev_add()发生在模块加载函数中，dev_del()则发生在卸载函数中。

调用cdev_add()向系统注册字符设备之前要先调用register_chrdev_region()或alloc_chrdev_region()向系统申请设备号。前一个已知起始设备号，后一个则未知。相反，调用cdev_del()之后，要用unregister_chrdev_region释放设备号。

file_operations中的readdir()函数仅用于目录，设备节点不需要，设为null.

ioctl()提供设备相关控制命令的实现（既不是读也不是写操作）。调用成功时返回给调用程序一个非负值。内核本身可识别的部分命令，不用调用驱动中的ioctl()。如果有内核不识别且设备不提供的ioctl()函数，ioctl()系统调用将获得-EINVAL返回值。

mmap()函数将设备内存映射到进程内存中，如果设备驱动未实现此函数，用户进行mmap()系统调用将获得-ENODEV返回值。此函数对帧缓冲等设备特别有意义。

poll()一般用于询问设备是否可被阻塞地立即读写。当询问的条件未触发时，用户空间进行select()和poll()系统调用将引起进程的阻塞。

aio_read(), aio_write()函数分别对与文件描述符对应的设备进行异步读、写操作。

字符设备的加载过程： 初始化cdev（用cdev_init） -> 获取字符设备号（register_chrdev_region()或alloc_chrdev_region()） -> 注册设备（cdev_add()）

卸载过程：  注销设备(cdev_del()) -> 释放占有的设备号（unregister_chrdev_region()） 

字符设备的读、写、i/o控制函数的模板：

read函数用 copy_to_user;

write函数用 copy_from_user;

ioctl函数用 switch(cmd){ case ... ).

copy_to_user 与 copy_from_user如果复制成功返回0. 对于简单类型的内存复制，如char, int, long等，可以用简单的put_user(), get_user().

读写中__user是一个宏，表示其后的指针指向用户空间。

Ioctl()命令码组成为：8位设备类型（即幻数），8位序列号，2位方向字段， 13/或14位命令码的数据长度。内核定义了_IO(), _IOR(), _IOW()和_IOWR()4个宏来辅助生成命令。其作用是根据传入的type, nr（序列号字段）, size（数据长度字段） 和宏名隐含的方向字段移位组合生成命令码。

内核预定义了一些I/O控制命令：FIOCLEX当exec()系统调用发生时自动关闭打开的文件；FIONCLEX清除前面设置的标志；FIOQSIZE获得一个文件或目录的大小，当用于设备文件时返回一个ENOTTY错误；FIONBIO修改在filp->flags中的O_NOBLOCK标志。这几个命令的幻数为"T".

结构体指针与结构体实例。 

大多数linux驱动工程师都将文件的私有数据指向设备结构体。read()等函数通过private_data访问设备结构体。

container_of()通过结构体成员的指针找到对应结构体的指针，非常有用。第一个参数是结构体成员的指针（inode参数的i_cdev字段包含了先前设置的cdev结构（它在更大的一个封装中）），第二个参数为整个结构体的类型，第三个参数为传入的第一个参数即结构体成员的类型：contain_of(inode->i_cdev, struct globalmem_dev, cdev).