linux内核杂项设备驱动源码分析


在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。



下边是描述这个设备的结构体：

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struct miscdevice {

int minor; //次设备号

const char *name; //设备的名称

const struct file_operations *fops; //文件操作

struct list_head list; //misc_list的链表头

struct device *parent; //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)

struct device *this_device; //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到

};



然后来看看misc子系统的初始化函数：

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static int __init misc_init(void)

{

int err;

#ifdef CONFIG_PROC_FS

/*创建一个proc入口项*/

proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);

#endif

/*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/

misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");

err = PTR_ERR(misc_class);

if (IS_ERR(misc_class))

goto fail_remove;

err = -EIO;

/*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/

if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))

goto fail_printk;

return 0;

fail_printk:

printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);

class_destroy(misc_class);

fail_remove:

remove_proc_entry("misc", NULL);

return err;

}

/*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/

subsys_initcall(misc_init);



下边是register_chrdev函数的实现：

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int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,

const struct file_operations *fops)

{

struct char_device_struct *cd;

struct cdev *cdev;

char *s;

int err = -ENOMEM;

/*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/

cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);

if (IS_ERR(cd))

return PTR_ERR(cd);

/*分配字符设备*/

cdev = cdev_alloc();

if (!cdev)

goto out2;

cdev->owner = fops->owner;

cdev->ops = fops;

/*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/

kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);

for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))

*s = '!';

/*把这个字符设备注册到系统中*/

err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);

if (err)

goto out;

cd->cdev = cdev;

return major ? 0 : cd->major;

out:

kobject_put(&cdev->kobj);

out2:

kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));

return err;

}



来看看这个设备的操作函数的集合：

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static const struct file_operations misc_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = misc_open,

};



可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

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static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)

{

int minor = iminor(inode);

struct miscdevice *c;

int err = -ENODEV;

const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;

lock_kernel();

mutex_lock(&misc_mtx);

/*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/

list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {

if (c->minor == minor) {

new_fops = fops_get(c->fops);

break;

}

}

if (!new_fops) {

mutex_unlock(&misc_mtx);

/*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/

request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);

mutex_lock(&misc_mtx);

/*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/

list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {

if (c->minor == minor) {

new_fops = fops_get(c->fops);

break;

}

}

if (!new_fops)

goto fail;

}

err = 0;

/*保存旧打开函数的地址*/

old_fops = file->f_op;

/*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/

file->f_op = new_fops;

if (file->f_op->open) {

/*使用具体设备的打开函数打开设备*/

err=file->f_op->open(inode,file);

if (err) {

fops_put(file->f_op);

file->f_op = fops_get(old_fops);

}

}

fops_put(old_fops);

fail:

mutex_unlock(&misc_mtx);

unlock_kernel();

return err;

}



再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：

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int misc_register(struct miscdevice * misc)

{

struct miscdevice *c;

dev_t dev;

int err = 0;

/*初始化misc_list链表*/

INIT_LIST_HEAD(&misc->list);

mutex_lock(&misc_mtx);

/*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/

list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {

if (c->minor == misc->minor) {

mutex_unlock(&misc_mtx);

return -EBUSY;

}

}

/*看是否是需要动态分配次设备号*/

if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {

/*

*#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */

*static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];

*这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，

*如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。

*/

int i = DYNAMIC_MINORS;

while (--i >= 0)

if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)

break;

if (i<0) {

mutex_unlock(&misc_mtx);

return -EBUSY;

}

/*得到这个次设备号*/

misc->minor = i;

}

/*设置位图中相应位为1*/

if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)

misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);

/*计算出设备号*/

dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);

/*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/

misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,

"%s", misc->name);

if (IS_ERR(misc->this_device)) {

err = PTR_ERR(misc->this_device);

goto out;

}

/*

* Add it to the front, so that later devices can "override"

* earlier defaults

*/

/*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/

list_add(&misc->list, &misc_list);

out:

mutex_unlock(&misc_mtx);

return err;

}



这个是miscdevice的卸载函数：

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int misc_deregister(struct miscdevice *misc)

{

int i = misc->minor;

if (list_empty(&misc->list))

return -EINVAL;

mutex_lock(&misc_mtx);

/*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/

list_del(&misc->list);

/*删除设备节点*/

device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));

if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {

/*释放位图相应位*/

misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));

}

mutex_unlock(&misc_mtx);

return 0;

}



总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：

misc_register:匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设备号->创建设备文件->miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

misc_deregister:从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。