Linux内核开发之简单字符设备驱动(上)

废话少说，先来介绍几个必须要知道的和字符设备有关的结构体,然后结合代码详细讲解。

第一部分必要的设备结构体

1)linux2.6内核中使用cdev结构体表示字符设备：
structcdev
{
structkobjectkobj;//内嵌的kobject对象
structmodule*owner;//所属模块
structfile_operations*ops;//文件操作结构体
structlist_headlist;
dev_tdev;//设备号,长度为32位，其中高12为主设备号，低20位为此设备号
unsignedintcount;
};

可以使用下列宏从dev_t中获得主次设备号：也可以使用下列宏通过主次设备号生成dev_t:MAJOR(dev_tdev);MKDEV(intmajor,intminor);MINOR(dev_tdev);说明：在2.6内核中可以容纳大量的设备，而先前的内核版本却限于255个主设备号和255个此设备号。2）file_operations结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计中的主体内容，这些函数实际会在应用程序进行linux的open(),write(),read(),close()等系统调用时被最终调用。目前的file_operations结构已经变得非常大，在这里我们就关心和我这个设备程序有关的几个函数，以后用到了，咱们再提也不迟：

staticconststructfile_operationsglobalmem_fops=
{
.owner=THIS_MODULE,
.llseek=globalmem_llseek,//修改一个文件的当前读写位置并将新位置返回，出错时，返回一个负值
.read=globalmem_read,
.write=globalmem_write,
.ioctl=globalmem_ioctl,//设备相关控制命令的实现，内核可以识别一部分控制命令(这时就不用调用ioctl
()),如果设备不提供这个函数，而内核又不识别该命令，则返回-EINVAL.
.open=globalmem_open,
.release=globalmem_release,
};

3)file结构与用户空间的File没有任何关联，strcutfile是一个内核结构，它不会出现在用户程序中。它代表一个打开的文件(不局限于设备驱动程序，系统中每个打开的文件在内核空间中都有一个对应的file结构)。它由内核在open时创建，并传递给在该文件进行操作的所有函数，直到最后的close函数。在文件的所有实例都被关闭之后，内核会释放掉这个数据结构。4)内核用它node结构在内部表示文件，其和file结构不同。后者表示打开的文件描述符。对于单个文件，可能会有很多表示打开的文件描述符的file结构，但它们都指向单个inode结构。在它里边和我们驱动程序有用的字段只有两个：dev_ti_rdev;//对表示设备文件的inode结构，该字段包含了真正的设备编号structcdev*i_cdev;//是表示字符设备的内核的内部结构。当inode指向一个字符设备文件时，该字段包含了指向structcdev结构的指针。我么可以使用下边两个宏从inode中获得主设备号和此设备号：

unsignedintiminor(structinode*inode);unsignedintimajor(structinode*inode);

为了程序的可移植性，我们应该使用上述宏，而不是直接操作i_rdev。第二部分源代码详解

必要的头文件#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>

#defineGLOBALMEM_SIZE0X1000/*全局内存大小4kb*/

#defineMEM_CLEAR0x1//清零全局内存

#defineGLOBALMEM_MAJOR150//预设的globalmem的主设备号

staticglobalmem_major=GLOBALMEM_MAJOR;

//globalmem设备结构体structglobalmem_dev{structcdevcdev;unsignedcharmem[GLOBALMEM_SIZE];//全局内存};

structglobalmem_dev*globalmem_devp;//设备结构指针//文件打开函数intglobalmem_open(structinode*inode,structfile*filp){filp->private_data=globalmem_devp;return0;}//文件释放函数intglobalmem_release(structinode*inode,structfile*filp){return0;}//globalmem_ioctl函数staticintglobalmem_ioctl(structinode*inodep,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg){structglobalmem_dev*dev=filp->private_data;switch(cmd){caseMEM_CLEAR://清除全局内存memset(dev->mem,0,GLOBALMEM_SIZE);printk(KERN_INFO"globalmemissettozero\n");break;default:return-EINVAL;//其他不支持的命令}return0;}//globalmem_read函数staticssize_tglobalmem_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tsize,loff_t*ppos){unsignedlongp=*ppos;unsignedintcount=size;intret=0;structglobalmem_dev*dev=filp->private_data;//获得设备结构指针//分析和获取有效的写长度if(p>=GLOBALMEM_SIZE)returncount?-ENXIO:0;if(count>GLOBALMEM_SIZE-p)//如果要求读取的比实际可用的少count=GLOBALMEM_SIZE-p;if(copy_to_user(buf,(void*)(dev->mem+p),count)){ret=-EFAULT;}else{*ppos+=count;ret=count;printk(KERN_INFO"read%dbyte(s)from%d",count,p);}returnret;}//globalmem_writestaticssize_tglobalmem_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tsize,loff_t*ppos){unsignedlongp=*ppos;unsignedintcount=size;intret=0;structglobalmem_dev*dev=filp->private_data;//获得设备结构指针//分析和获取有效的写长度if(p>=GLOBALMEM_SIZE)returncount?-ENXIO:0;if(count>GLOBALMEM_SIZE-p)//如果要求读取的比实际可用的少count=GLOBALMEM_SIZE-p;if(copy_from_user(dev->mem+p,buf,count))ret=-EFAULT;else{*ppos+=count;ret=count;printk(KERN_INFO"written%dbytes(s)from%d\n",count,p);}returnret;}//globalmem_seek函数staticloff_tglobalmem_llseek(structfile*filp,loff_toffset,intorig){loff_tret=0;switch(orig){case0://从文件开头开始偏移if(offset<0){ret=-EINVAL;break;}if((unsignedint)offset>GLOBALMEM_SIZE)//偏移越界{ret=-EINVAL;break;}filp->f_pos=(unsignedint)offset;ret=filp->f_pos;break;case1://从当前位置偏移if((filp->f_pos+offset)>GLOBALMEM_SIZE)//偏移越界{ret=-EINVAL;break;}if((filp->f_pos+offset)<0){ret=-EINVAL;break;}filp->f_pos+=offset;ret=filp->f_pos;break;default:ret=-EINVAL;break;}returnret;}

以上介绍了Linux简单字符设备中涉及到的基本而要特别重要的数据结构，还有就是源代码部分中有关file_operations中的所有操作，这些都将在应用程序进行Linux的open(),write(),read(),close()等系统调用时最终被调用。这些都是从源代码中直接copy出来的，无论顺序还是结构都保持了实际代码的完整性，可以和下篇部分完整拷贝下来实际测试使用。