字符设备驱动简介
2017-04-04 11:45
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1.字符设备文件
通过字符设备文件,应用程序可以使用相应的字符设备驱动程序来控制字符设备。创建字符设备文件的方法:mknod /dev/文件名 c 主设备号 次设备号
使用函数在驱动程序中创建
2.设备描述结构
字符设备在内核中使用struct cdev来描述。struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; //设备操作集 struct list_head list; dev_t dev; //设备号 unsigned int count; //设备数 }
2.1设备号的操作
Linux内核中使用dev_t类型来定义设备号,dev_t这种类型其实质为32位的unsigned int,其中高12位为主设备号,低20位为次设备号.通过主设备号,次设备号,组合成dev_t类型
dev_t dev = MKDEV(主设备号,次设备号)
从dev_t中分解出主设备号
主设备号 = MAJOR(dev_t dev)
从dev_t中分解出次设备号
次设备号=MINOR(dev_t dev)
2.2设备号的分配
2.2.1静态申请
通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。缺点:如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了,则申请失败。
2.2.2动态分配
使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。优点:因为内核知道哪些号已经被使用了,所以不会导致分配到已经被使用的号。
2.3设备号的注销
在驱动退出时,使用unregister_chrdev_region函数释放设备号。3.操作函数集
struct file_operations { //它是一个指向拥有这个结构的模块的指针. 这个成员用来在它的操作还在被使用时阻止模块被卸载. 几乎所有时间中, 它被简单初始化为 THIS_MODULE struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync); int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); int (*check_flags)(int); int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int); ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int); int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **); long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset, loff_t len); int (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f); };
这里面的函数在驱动中不用全部实现,不支持的操作留置为NULL即可。eg.
struct file_operations dev_fops = { .llseek = NULL, .read = dev_read, .write = dev_write, .ioctl = dev_ioctl, .open = dev_open, .release = dev_release, };
4.描述结构
4.1分配
cdev变量的定义可以采用静态和动态两种办法·静态分配struct cdev mdev;
·动态分配struct cdev *pdev = cdev_alloc();
4.2初始化
struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
参数:
cdev: 待初始化的cdev结构
fops: 设备对应的操作函数集
4.3注册
字符设备的注册使用cdev_add函数来完成。cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
参数:
p: 待添加到内核的字符设备结构
dev: 设备号
count: 该类设备的设备个数
5.设备操作
5.1 open()
open设备方法是驱动程序用来为以后的操作,完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中,open完成标明次设备号、启动设备两个工作。原型:
int (*open) (struct inode *, struct file *)
5.2 release()
设备方法有时也称为close原型:
int (*release) (struct inode *, struct file *)
5.3 read()
read设备方法通常完成2件事情:从设备中读取数据(属于硬件访问类操作)
将读取到的数据返回给应用程序
原型:
ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp) 参数分析: filp:与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建。 buff : 从设备读取到的数据,需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。 count: 请求传输的数据量,由read系统调用提供该参数。 offp: 文件的读写位置,由内核从file结构中取出后,传递进来。
5.4 write()
原型:ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)
5.5 补充
每一个存在于文件系统里面的文件都会关联一个inode 结构,该结构主要用来记录文件物理上的信息。因此, 它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件没有被打开时不会关联file结构,但是却会关联一个inode 结构。重要成员:
dev_t i_rdev:设备号
6.驱动注销
从内核中卸载驱动程序的时候,需要使用cdev_del函数来完成字符设备的注销。原型:
void cdev_del(struct cdev *);
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