浅谈linux驱动之-字符设备驱动程序

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大概分以下五个知识点：

1.设备号

2.创建设备文件

3.设备注册

4.重要数据结构

5.设备操作

首先我们谈谈设备号，其实设备号分主设备号和次设备号，主设备号用来区别不同的设备，次设备号用来区别同一类设备不同型号设备（打个比方，cs8900和dm9000都是网卡设备，那么他们的主设备号就是一样的，而次设备号的存在就是为了区分哪个是cs8900哪个是dm9000）。

那怎么查看设备号呢，用ls -l命令，现在我们看图说话



接下来我们输入ls -l命令



这里就可以一目了然了，前面的是主设备号，后面的就是次设备号。

那么有朋友问了，设备号用来干嘛的？

这里我画个图



我们这里的字符设备文件和字符设备驱动都对应的一个号，当这个号相同的时候，字符设备文件就和字符设备驱动关联上了。这里用的是一个设备号来建立这个联系。

接下来我们看看在内核当中是如何表述设备号的，其实在linux内核当中，这个主次设备号是有规律的，主次设备号加在一起，实质就是unsigned int 32位整数，它用dev_t来描述。其中高12位是主设备号，低20位是次设备号。一般情况下，我们不会说出现上千个设备的，所有主设备号是够用的，2的12次方是多少？4096，也就是说最多支持4096种类型的设备。

我们是怎样从dev_t分离出主设备号和次设备号的呢？

用MAJOR（dev_t dev)这个宏分离出主设备号，用MINOR（dev_t dev)这个宏分离出次设备号。

linux内核如何给设备分配设备号呢？分两种：静态申请，动态分配。

如何静态申请呢？

首先我们要知道设备号存放在哪里？我们来看下图



然后打开这个文挡



上面描述可能还有点问题，总之你选用的设备号，是前面没有出现过的才行。

然后使用register_chrdev_region这个函数去注册去申请设备号。

int register_chrdev_region(dev_from,unsigned count,const char*name)

from代表你希望使用的设备号是多少？比如我选个500，总之前面没出现过就行。

count表示希望申请使用设备号的数目，比如我们申请了5个，那么系统就会给你留5个号出来，打个比方，500 0，500 1, 500 2, 500 3，500 4.

name是设备名，比如serial。

接下来我们谈谈动态分配，我们常常会担心自己选的设备号前面已经用过了，担心设备号选错引起不必要的麻烦，那么我们现在就采取动态分配设备号的方式，让内核来分配设备号，内核一定比我们清楚哪些设备号是空闲的.我们用alloc_chrdev_region这个函数来分配设备号。这里有个需要注意的，这里动态分配设备号，一定是要在驱动安装之后才能执行的。动态分配int alloc_chrdev_region(dev_t*dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char*name),意思就是请求内核分配count个设备号，且次设备号从baseminor开始。（dev是主设备号，baseminor是起始次设备号，count是分配的设备号数目，name是设备名）。

设备号是相当宝贵的，不用的时候请注销掉，void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)

有了设备号之后我们要创建设备文件了，创建设备文件的办法有两种：

1.mknod，命令手工创建

2.自动创建

mknod用法，mknod filename type major minor，这里filename表示设备名，type表示设备类型(比如clock，char啊），major是主设备号，minor是次设备号。

打个比方



在linux字符驱动程序设计中，有三种非常重要的数据结构：

struct file(表示打开的文件，系统每个打开的文件内核都有一个关联的struct file，内核打开文件的时候创建，在文件关闭之后是自动释放）

struct inode（记录文件物理信息，比如文件的位置，比如一个设备文件的设备号是多少，一个文件可以有多个file结构，但只有一个inode）

struct file_operations（一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作，结构中的成员指向驱动中的函数，这些函数实现一个特别的操作，对于不支持的操作，保存为null）打个比方，我们应用程序需要通过驱动程序来对硬件进行操作，比如我们应用程序发出一个read的调用，那么我们驱动程序凭什么对你发出的read做出反应？那么请看下面的一张图



还是拿read来做例子，应用程序发出read，全凭这张图里函数的转换，驱动程序做出反应，调用memory read。