简单字符设备驱动程序浅分析

根据自己的理解，简单分析了一个字符设备驱动程序，该程序是用一块内存模拟设备！

程序代码如下：

mendev.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include "memdev.h"

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev; //定义了一个struct cdev 的设备为cdev,而不是由cdev_alloc分配

/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
/*struct inode和struct file是用来存储获取的信息的，系统每打开一个文件，在内核空间中就有一个与之关联的struct inode和struct file,struct inode和struct file中记录了文件的一些信息，以备别的函数使用。*/
{
struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/
int num = MINOR(inode->i_rdev);
//inode->i_rdev中即包含了主设备号又包含了次设备号，
//由于创建设备文件时，会设置设备的主设备号和次设备号，如：mknod /dev/memdevo c 254 0
//当我们在应用程序中使用设备文件名打开设备文件时，如：fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+")中
//在打开设备文件/dev/memdev0同时，我们的设备的主设备号和次设备号就会记录在struct inode *inode中，
//这样通过与cdev_add中注册的主设备号相对比，如果匹配则就建立起了设备文件与对应设备驱动的关系。

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
return -ENODEV;
dev = &mem_devp[num];

//取次级设备的首地址，就是我们两个设备虚拟其中的一个设备地址（也就是一块内存的首地址）。
//由于dev是根据num从数组mem_devp中获得的地址，而num又是根据inode->i_rdev获得的次设备号。
//而在mem_read可以访问到数组mem_devp，但访问不到num，因为num要依赖于struct inode *inode获得，而mem_read

//中 没有这一形参，但有与mem_open相同的形参struct file *filp，所以为了能在mem_read访问到mem_devp[num]，
//程序在mem_open中将mem_devp[num]的值暂存在了truct file *filp的filp->private_data中，
//这样men_read函数就可以通过访问struct file *filp的filp->private_data而获得mem_devp[num]的地址值，也即获得了次

//设备 的地址值，从而就可以对设备进行读操作了。

filp->private_data = dev; /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/

return 0;
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p = *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*判断读位置是否有效*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)//判断读的位置是否超过文件界限
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)//判断要读的数据量是不是比文件内的数据量多？
count = MEMDEV_SIZE - p;//如果多了，则改为实际的数值

/*读数据到用户空间*/
if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
{
ret = - EFAULT;
}
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d/n", count, p);
}

return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p = *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*分析和获取有效的写长度*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;

/*从用户空间写入数据*/
if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
ret = - EFAULT;
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d/n", count, p);
}

return ret;
}

/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
loff_t newpos;

switch(whence) {
case 0: /* SEEK_SET */
newpos = offset;
break;

case 1: /* SEEK_CUR */
newpos = filp->f_pos + offset;
break;

case 2: /* SEEK_END */
newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
break;

default: /* can't happen */
return -EINVAL;
}
if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))//判断新位置是否在0--MEMDEV_SIZE范围之内
return -EINVAL;

filp->f_pos = newpos;
return newpos;

}

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = mem_llseek,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.open = mem_open,//按文件打开、读写顺序分析函数
.release = mem_release,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0););

//MKDEV是将主设备号和次设备号转换为dev_t类型数据,即共同构造一个设备号（组合成32位的数）

/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else /* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}

if (result < 0)
return result;
/*为什么此处没有使用cdev_alloc分配struct cdev？* /
/*初始化cdev结构:由于我们定义的struct cdev 设备是静态的分配的cdev（也就是一定义的时候就分配好静态内存了），所以此处没有用cdev_alloc分配struct cdev，如果定义为指针则就要使用cdev_alloc分配struct cdev*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

//此时驱动程序就在内核中注册好了,而主设备号就与设备关联，从而将设备号和驱动关联。

/* 为设备描述结构分配内存*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);

//为所有的设备分配内存空间（两个设备分配空间）
if (!mem_devp) /*申请失败*/
{
result = - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)

//因为我们是用内存模拟设备，所以要在内存中分配一块内存作为设备
//又因为我们是模拟的2个设备，所以用for循环，分配2块内存
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);

//data是设备的地址（而设备是一块内存），即data是这块内存的起始地址。
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
}

return 0;

fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}

MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);