Linux字符驱动设备例子

#include <stdio.h>

int main()
{
FILE *fp0 = NULL;
char Buf[4096];

/*初始化Buf*/
strcpy(Buf,"Mem is char dev!");
printf("BUF: %s\n",Buf);

/*打开设备文件*/
fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+");
if (fp0 == NULL)
{
printf("Open Memdev0 Error!\n");
return -1;
}

/*写入设备*/
fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);

/*重新定位文件位置（思考没有该指令，会有何后果)*/
fseek(fp0,0,SEEK_SET);

/*清除Buf*/
strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
printf("BUF: %s\n",Buf);

/*读出设备*/
fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);

/*检测结果*/
printf("BUF: %s\n",Buf);

return 0;

}

#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>

#include "memdev.h"

static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;/*主设备号*/

/*在用户态下编程可以通过main()的来传递命令行参数，而编写一个内核模块则通过module_param()来传递命令行参数*/

/*module_param()使用了3个参数: 变量名，它的类型，以及一个权限掩码。*/

/*使用 S_IRUGO 作为参数可以被所有人读取, 但是不能改变*/
module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数 struct inode记录文件的物理上的信息 struct file打开的文件*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/
int num = MINOR(inode->i_rdev);

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) /*MEMDEV_NR_DEVS设备数*/
return -ENODEV;    /*尚未分配到具体设备*/
dev = &mem_devp[num];

/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
filp->private_data = dev;

return 0;
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

/*读函数 ssize_t是有符号整型，在32位机器上等同与int，在64位机器上等同与long int*/

/*char __user从用户态的指针，往用户态传数据 size_t等同unsigned int loff_t等同long类型*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p =  *ppos; /*文件当前的访问位置*/
unsigned int count = size;/*请求传输的数据量*/
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/* 获取信号量 */
if (down_interruptible(&dev->sem))
return -ERESTARTSYS;    /* -ERESTARTSYS表示信号函数处理完毕后重新执行信号函数前的某个系统调用*/

/*判断读位置是否有效*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;

/*读数据到用户空间 copy_to_user（void _user *to, const void *from, int n)从from来，到to去，复制n个位*/
if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
{
ret =  - EFAULT;/*指针地址无法存取*/
goto out;
}
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
}
out:
/* 释放信号量 */
up(&dev->sem);
return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p =  *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/* 获取信号量 */
if (down_interruptible(&dev->sem))
return -ERESTARTSYS;
/*分析和获取有效的写长度*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;

/*从用户空间写入数据 copy_from_user（void *to, const void _user *from, int n)*/
if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count)){
ret =  - EFAULT;
goto out;
}
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
}
out:
/* 释放信号量 */
up(&dev->sem);
return ret;
}

/* seek文件定位函数  loff_t等同long类型 offset位移量：“+” 向文件尾移、“-”的向回移 whence移动的基准点： 0 文件头、1 当前位置、2 文件尾*/
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
loff_t newpos;

switch(whence) {
case 0: /* SEEK_SET */
newpos = offset;/*从文件头开始定位*/
break;

case 1: /* SEEK_CUR */
newpos = filp->f_pos + offset;/*从文件中间开始定位*/
break;

case 2: /* SEEK_END */
newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;/*从文件尾开始定位，由于是从0开始，要减1*/
break;

default: /* can't happen */
return -EINVAL;/*EINVAL是参数值不正确*/
}
if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
return -EINVAL;

filp->f_pos = newpos;/*返回当前文件位置*/
return newpos;

}

/*文件操作结构体 file_operations函数指针的集合，定义能在设备上进行操作，结构中的成员指向驱动中的函数*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,/*owner是一个struct module *类型的结构体指针,通过THIS_MODULE宏来引用模块的struct module结构*/
.llseek = mem_llseek,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);/*将主设备号和次设备号转换成dev_t类型*/

/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else  /* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}

if (result < 0)
return result;

/*初始化cdev结构*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

/* 为设备描述结构分配内存 */
/*GFP_KERNEL优先权允许kmalloc函数在系统空闲内存低于水平线min_free_pages时延迟分配函数的返回。当空闲内存太少时，kmalloc函数会使当前进程进入睡眠，等待空闲页的出现。*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
if (!mem_devp)    /*申请失败*/
{
result =  - ENOMEM;/*核心内存不足*/
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
/* 初始化信号量 */
sema_init(&mem_devp[i].sem, 1);
}

return 0;

fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}

/*作者以及权限的声明*/
MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

/*如果在h文件中定义了全局变量，一个c文件包含同一个h文件多次，如果不加#ifndef宏定义，会出现变量重复定义的错误；如果加了#ifndef，则不会出现这种错误。*/
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_

#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 0  /*预设的mem的主设备号*/
#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif

/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
struct semaphore sem;     /* 定义信号量 */
};

#endif /* _MEMDEV_H_ */

ifneq ($(KERNELRELEASE),)    #是实现两个变量的比较。比较两个参量是否不相等。如果不相等则执行下面的语句obj-m，如果相等就执行else后面的语句。

obj-m := memdev.o    #obj-m后面为我们要编译的目标名，主makefile这样就会为我们编译该模块了

else    #否则，是直接从命令行调用，

KDIR := /home/guoqian/4-3-1/linux-2.6.29    #这时需要调用内核
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-
clean:
rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers  modul*

endif