【嵌入式Linux驱动开发】三、字符设备驱动（一）

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<linux/fs.h>
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<linux/fs.h>
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<linux/fs.h>
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;

ad9e
//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
...
}