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【嵌入式Linux驱动开发】三、字符设备驱动（一）

2019-07-13 00:33发布

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1. 基本步骤 （1）确定主设备号和次设备号 （2）实现字符驱动程序
  • 实现file_operations结构体；
  • 实现初始化函数，注册字符设备；
  • 实现销毁函数，释放字符设备；
  • 实现字符设备其他基本成员函数。
（3）创建设备文件节点 2. 什么是主设备号/次设备号 主设备号是内核识别一个设备的标识。它是一个整数（占12位），通常使用1~255。 次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。它也是一个整数（占20位），通常使用0~255。 注：同一类设备的主设备号相同，不同的是次设备号。如多个串口的主设备号是相同的，次设备号不同。 3. 设备编号的内部表达 （1）dev_t类型（32位）：用来保存设备编号 （2）从dev_t获得主、次设备号：
  • MAJOR(dev_t):    //主
  • MINOR(dev_t);    //次
（3）将主、次设备号转换成dev_t类型：
  • MKDEV(int major, int minor);
4. 分配设备号 通常在模块加载函数中调用。
 （1）手工分配：找一个内核没有使用的主设备号来使用 #include int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name); //first是设备号，次设备号通常为0；count是要分配设备号的个数，即次设备号个数；name是此类设备的名字。
（2）动态分配： #include int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name); //dev是输出的设备号；firstminor是要申请第一个次设备号；count是要申请的设备号个数；name是此类设备的名字。
5. 释放设备号
 通常在模块清理函数中调用。 #include void unregister_chrdev_region(dev_t dev, unsigned int count);
6.  重要结构体 （1）cdev结构体 struct cdev { struct kobject kobj; //内嵌的kobject对象 struct module *owner; //所属模块 struct file_operations *ops; //文件操作结构体 struct list_head list; dev_t dev; //设备号 unsigned int count; };操作cdev结构体的函数： void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *ops); //用于初始化已分配的cdev结构，并建立cdev和file_operations之间的连接 struct cdev *cdev_alloc(void); //用于动态申请一个cdev内存 int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t num, unsigned int count); //向内核添加一个cdev，完成字符设备的注册，通常在模块加载函数中调用 void cdev_del(struct cdev *cdev); //删除一个cdev，完成字符设备的注销，通常在模块卸载函数中调用
（2）file_operations结构体
  • 是字符驱动和内核的接口，在include/linux/fs.h中定义；
  • 字符驱动都要实现一个file_operations结构体；
file_operations的主要成员： struct module *owner：指向模块自身（THIS_MODULE）
 open：打开设备 release：关闭设备 read：从设备上读数据 write：向设备上写数据 ioctl：I/O控制函数 llseek：定位当前读写位置指针 mmap：映射设备空间到进程的地址空间 （3）file结构体
  • file_operations结构相关的一个结构体，描述一个正在打开的设备文件。
file的成员： loff_t  f_pos：当前读写位置 unsigned  int  f_flags：标识文件打开时是否可读或可写，O_RDONLY、O_NONBLOCK、O_SYNC struct  file_operations *f_op：文件相关的操作，指向所实现的struct  file_operations void  *private_data：私有数据指针，驱动程序可以将这个字段用于任何目的或者忽略（设为NULL）这个字段 （4）inode结构体
  • 内核用inode结构在内部表示文件；
  • inode与file的区别：file表示打开的文件描述符，多个表示打开的文件描述符的file结构可以指向一个inode结构。
inode的重要成员： dev_t  i_rdev：对表示设备文件的inode结构，该字段包含了真正的设备号 struct  cdev  *i_cdev：表示字符设备在内核中的内部结构 7. 字符设备驱动程序模版 //字符设备驱动模块加载函数 static int __init xxx_init(void) { ... cdev_init(&xxx_dev.cdev, &xxx_fops); //初始化cdev xxx_dev.cdev.owner = THIS_MODULE; //获取字符设备编号 if(xxx_major) { register_chrdev_region(xxx_dev_no, 1, DEV_NAME); } else { alloc_chrdev_region(&xxx_dev_no, 0, 1, DEV_NAME); } ret = cdev_add(&xxx_dev.cdev, xxx_dev_no, 1); //注册设备 ... }
//字符设备驱动模块卸载函数 static void __exit xxx_exit(void) { unregister_chrdev_region(xxx_dev_no, 1); //释放占用的设备号 cdev_del(&xxx_dev.cdev); //注销设备 ... }


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