Linux內核學習－字符設備驅動學習（一）

Linux內核學習－字符驅動學習（一）

 

現在學習一下Linux的字符設備驅動，參考的樣本應該就是ldd3這書大概第3章的內容吧。

下面的所說的字符設備都是基於2.6內核的，

一般的流程都是，呵呵，其實也不算是一般的流程了，只是手動加載字符設備驅動的一種方法吧，

1.    先使用register_chrdev_region或alloc_chrdev_region來註冊一個字符設備的設備號，大家都知道Linux是通過設備號來找到相應的驅動程序的，所以你要註冊字符設備的時候，需要一個設備號或系統爲你指定一個設備號。這兩函數的差別就是register_chrdev_region是註冊指定設備號的字符設備，這個如果註冊設備號已經存在則有可能會失敗，而alloc_register_region是系統分配一個未使用的設備號然後再註冊

2.    再使用cdev_add函數，把該設備號相應的文件操作file_operation文件操作入口表添加到內核的散列表裏面，其中file_operation是需要你在驅動裏面實現的。然後使用命令mknod，創建與該字符設備（設備號）對應的設備節點，當有用戶程序打開這個設備並對其操作時候，系統會調用kobj_lookup() 函數，根據設備編號就可以找到 cdev 結構變量，從而取出其中的 ops （file_operation）字段，跳到相應的驅動入口去執行。

3.    當需要卸載驅動的時候（手動加載），需要做一些清理工作，cdev_del函數把散列表裏面的數據清除，再調用unregister_chrdev_region.

 

 

下面簡單介紹一下相關的函數：

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count,
char *name);   //指定設備編號

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,
unsigned int count, char *name);   //動態生成設備編號

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);      //釋放設備編號


上面有個count參數，文字意義上是數量的意思，而從函數名中的_region可以看出是註冊某一範圍的設備號的

把這兩個結合起來就是說，註冊使用從first[或dev]到(frist+count)[或dev+count]，這個編號範圍的設備使用該驅動。。。

 

內核用dev_t類型（<linux/types.h>）來保存設備編號，dev_t是一個32位的數，12位表示主設備號，20爲表示次設備號。
在實際使用中，是通過<linux/kdev_t.h>中定義的宏來轉換格式。

(dev_t)-->主設備號、次設備號	MAJOR(dev_t dev)  MINOR(dev_t dev)
主設備號、次設備號-->(dev_t)	MKDEV(int major,int minor)

 

如果只是在module_init函數裏面做上面的這一步，加載內核模塊的時候，會可以cat /proc/devices裏面看到你註冊的設備和主設備號。

 

大家應該都知道file_operation函數的，它在<linux/fs.h>文件裏面有定義，是一個保存驅動操作函數入口的結構體，我們要做的工作基本都在這裏，完成這一步之後，使用cdev_add函數，把設備號與相應的file_operation指針添加到系統cdev_map 散列表裏面去，

初始化struct cdev
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
初始化cdev.owner
cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev.ops = &fops;
cdev設置完成，通知內核struct cdev的信息（在執行這步之前必須確定你對struct cdev的以上設置已經完成！）
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

這裏面的count的意義跟上面register_chrdev_region中的是一樣的。
從系統中移除一個字符設備：void cdev_del(struct cdev *p)

 

完成這一步之後，你已經註冊了字符設備，但是你還不能對它進行操作（打開，關閉讀，寫等），你需要使用mknod命令手動的去生成一個設備號對應的索引節點，這個需要管理員權限的，你的主設備號可以通過cat /proc/devices看到

mknod - make block or character special files
mknod [OPTION]... NAME TYPE [MAJOR MINOR]
    option 有用的就是 -m 了
    name   自定義
    type   有 b 和 c 還有 p
    主設備號
    次設備號

sudo mknod /dev/char01 c 250 0

 

最後你可以在你的用戶程序裏面使用open("/dev/char01", O_RDONLY);去打開這個設備了，

由於創建/dev/*節點的時候，是隻有管理員有權限的，所以你的測試程序也需要管理員權限執行。

下面是相應的源文件：

char01.c

#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/kdev_t.h> #include <linux/cdev.h> ///////////////////////////////////////////////// MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); ///////////////////////////////////////////////// int char01_open(struct inode *inode, struct file *filp) { printk("char01 open!/n"); return 0; } int char01_release(struct inode *inode, struct file filp) { printk("char01 release!/n"); return 0; } ssize_t char01_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t f_pos) { printk("char01 read!/n"); return 0; } ssize_t char01_write(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t f_pos) { printk("char01 write!/n"); return 0; } ///////////////////////////////////////////////// struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = char01_open, .release= char01_release, .read = char01_read, .write = char01_write }; dev_t devno; int nr = 5; struct cdev dev; int setup_char01(void) { int result; int major; result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, nr, "char01"); if (result != 0) { printk("alloc_chrdev_region failed!/n"); return -1; } printk("alloc_chrdev_region ok!/n"); major = MAJOR(devno); cdev_init(&dev, &fops); dev.owner = THIS_MODULE; dev.ops = &fops; dev.dev = devno; if (cdev_add(&dev, devno, nr) < 0) { printk("cdev_add failed!/n"); unregister_chrdev_region(devno, nr); return -1; } printk("cdev_add ok!/n"); return 0; } ///////////////////////////////////////////////// static int __init char01_init(void) { printk("char01 init!/n"); return setup_char01(); } static void __exit char01_exit(void) { printk("char01 exit!/n"); unregister_chrdev_region(devno, nr); cdev_del(&dev); } module_init(char01_init); module_exit(char01_exit);

Makefile:

obj-m := char01.o PWD := $(shell pwd) K_DIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build all: $(MAKE) -C $(K_DIR) M=$(PWD) modules clean: $(MAKE) -C $(K_DIR) M=$(PWD) clean test:char01_test.o gcc -o $@ $<

測試文件,char01_test.c

#include <stdio.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> ///////////////////////////////////////////////// int main(int argc, char **argv) { int fd; fd = open("/dev/char01", O_RDONLY); if (fd < 0) { printf("open /dev/char01 failed!/n"); printf("%s/n", strerror(errno)); return -1; } printf("open /dev/char01 ok!/n"); close(fd); return 0; }

 

參考文章：

http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20543672&do=blog&id=94290