字符设备驱动 架构分析

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字符串驱动的初始化流程大体如下：

static int __init mydriver_init(void) //驱动程序的初始化

{

……

MYDRIVER_Major = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &mydriver_fops); //向内核注册一个设备,返回值为注册的主设备号

if (MYDRIVER_Major < 0)

{

printk(DEVICE_NAME " can't register major number/n");

return MYDRIVER_Major;

}

……

mydriver_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME); //注册一个类，使mdev可以在"/dev/"目录下 面建立设备节点

……

//创建一个设备节点，节点名为DEVICE_NAME

device_create(mydriver_class, NULL, MKDEV(MYDRIVER_Major, 0), NULL, DEVICE_NAME);

……

}

相关数据结构：

struct cdev {

struct kobject kobj;

struct module *owner;

const struct file_operations *ops;

struct list_head list;

dev_t dev;

unsigned int count;

};

struct kobj_map {

struct probe {

struct probe *next;

dev_t dev;

unsigned long range;

struct module *owner;

kobj_probe_t *get;

int (*lock)(dev_t, void *);

void *data;

} *probes[255];

struct mutex *lock;

};

static struct char_device_struct {

struct char_device_struct *next;

unsigned int major;

unsigned int baseminor;

int minorct;

char name[64];

struct file_operations *fops;

struct cdev *cdev; /* will die */

} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 255

下面本文通过一下三个方面以及他们的关联来描述字符设备驱动:

1. 字符驱动模型

2. 字符设备的设备号

3. 文件系统中对字符设备文件的访问

1. 字符驱动模型

每个字符驱动由一个 cdev 结构来表示.

在设备驱动模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 来记录字符设备驱动.

这是由 struct kobj_map 结构来表示的. 它内嵌了255个struct probe指针数组

kobj_map由全局变量 cdev_map 引用: static struct kobj_map *cdev_map;



[attach]212944[/attach]

相关函数说明:

cdev_alloc() 用来创建一个cdev的对象

cdev_add() 用来将cdev对象添加到驱动模型中,其主要是通过kobj_map()来实现的.

kobj_map() 会创建一个probe对象,然后将其插入cdev_map中的某一项中,并关联probe->data 指向 cdev



struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)

根据设备号,在cdev_map中查找其cdev对象内嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject



2. 字符设备的设备号

字符设备的主,次设备号的分配:

全局数组 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)个 struct char_device_struct的元素. 每一个对应一个相应的主设备号.

如果分配了一个设备号,就会创建一个 struct char_device_struct 的对象,并将其添加到 chrdevs 中. 这样,通过chrdevs数组,我们就可以知道分配了哪些设备号.



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相关函数:

register_chrdev_region( ) 分配指定的设备号范围

alloc_chrdev_region( ) 动态分配设备范围

他们都主要是通过调用函数__register_chrdev_region() 来实现的。要注意,这两个函数仅仅是注册设备号! 如果要和cdev关联起来,还要调用cdev_add()

register_chrdev( ) 申请指定的设备号,并且将其注册到字符设备驱动模型中.

它所做的事情为:

1. 注册设备号, 通过调用 __register_chrdev_region() 来实现

2. 分配一个cdev, 通过调用 cdev_alloc() 来实现

3. 将cdev添加到驱动模型中, 这一步将设备号和驱动关联了起来. 通过调用 cdev_add() 来实现

4. 将第一步中创建的 struct char_device_struct 对象的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由于register_chrdev()是老的接口,这一步在新的接口中并不需要.

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int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);

其中，major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号，如果为0则系统为此驱动程序动态地分配一个主设备号。name是设备名。fops就是前面所说的对各个调用的入口点的说明。此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。如果是动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。如果register_chrdev操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。

在成功的向系统注册了设备驱动程序后(调用register_chrdev()成功后)，就可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件，其它程序使用这个设备的时候，只要对此特别文件进行操作就行了。

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3. 文件系统中对字符设备文件的访问

对于一个字符设备文件, 其inode->i_cdev 指向字符驱动对象cdev, 如果i_cdev为 NULL ,则说明该设备文件没有被打开.

由于多个设备可以共用同一个驱动程序.所以,通过字符设备的inode 中的i_devices 和 cdev中的list组成一个链表



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首先,系统调用open打开一个字符设备的时候, 通过一系列调用,最终会执行到 chrdev_open. (最终是通过调用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 这一系列的调用过程,本文暂不讨论)

int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

chrdev_open()所做的事情可以概括如下:

1. 根据设备号(inode->i_rdev), 在字符设备驱动模型中查找对应的驱动程序, 这通过kobj_lookup() 来实现, kobj_lookup()会返回对应驱动程序cdev的kobject.

2. 设置inode->i_cdev , 指向找到的cdev.

3. 将inode添加到cdev->list的链表中.

4. 使用cdev的ops 设置file对象的f_op

5. 如果ops中定义了open方法,则调用该open方法

6. 返回.

执行完chrdev_open()之后,file对象的f_op指向cdev的ops,因而之后对设备进行的read, write等操作,就会执行cdev的相应操作.

device_create分析 http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=23373524&do=blog&id=2426966