linux字符设备驱动：自动创建设备及其节点

大概步骤：

一、 注册设备号

注册函数：
   regsiter_chrdev_region（）
   alloc_chrdev_region() 或                             查看#cat /proc/devices

      register_chrdev()

        注销函数：

            unregist_chrdev_region() 或

            unregister_chrdev()

    

二、初始化cdev并添加到系统

        初始化cdev

            静态初始化 cdev_init() 或

            动态初始化 cdev_alloc()

        添加到系统函数

            cdev_add()

        从系统删除函数

            cdev_del()

            

三、创建设备节点

        创建类

            class_create()          将放于/sysfs                    查看#ls /sys/class

        删除类

            class_destroy()

        

        创建节点

            device_create() 或 class_device_create()  将存放于/dev  查看#ls /dev

        删除节点

            device_destroy() 或 class_device_destroy()

    

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                                   第一步：注册设备号

***************************************************************************************************/

Linux内核中所有已分配的字符设备编号都记录在一个名为 chrdevs 散列表里。

    该散列表中的每一个元素是一个 char_device_struct 结构，它的定义如下：

    static struct char_device_struct

    {

        struct char_device_struct *next;    // 指向散列冲突链表中的下一个元素的指针

        unsigned    int major;              // 主设备号

        unsigned    int baseminor;          // 起始次设备号

        int minorct;                        // 设备编号的范围大小

        char    name[64];                   // 处理该设备编号范围内的设备驱动的名称

        struct file_operations *fops;       // 没有使用

        struct cdev *cdev;                  // 指向字符设备驱动程序描述符的指针

    }*chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

    1 每一个主设备有一个会分配一个此结构，可以有多个次设备号。次设备是依次递增的。

    2 内核提供了5个函数来来管理字符设备编号。

    

            register_chrdev_region()        指定初始值

            alloc_chrdev_region()           动态分配

            register_chrdev()               指定设备号

        他们都会调用 __register_chrdev_region() 来注册一组设备编号范围(一个char_device_struct结构),我们使用其中一个即可。

            

            unregist_chrdev_region()        释放都用此函数

            unregister_chrdev()             都调用了 __unregister_chrdev_region() 来注销设备

        注册：

            register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)

                first :要分配的设备编号范围的初始值(次设备号常设为0);

                count :连续编号范围.

                Name  :编号相关联的设备名称. (/proc/devices);

            int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);

                *dev        :存放返回的设备号

                firstminor  :第一个次设备号的号数,常为0;

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

                major ：要注册的设备号， 若为0则自动分配一个

                name  ：设备名

                *fops ：以后再聊

        释放:

            void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);

            void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

    3 示例：略

    4 参考：感谢原著 (有此6个函数的源码及解说)。

        http://blog.csdn.net/iLetLet/article/details/6180314
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                            第二步：初始化 cdev 并添加到系统

***************************************************************************************************/

1.内核中每个字符设备都对应一个 cdev 结构的变量，定义如下：

    linux-2.6.22/include/linux/cdev.h

    struct cdev 

    {

        struct kobject kobj;                //每个 cdev 都是一个 kobject

        struct module *owner;               //指向实现驱动的模块

        const struct file_operations *ops;  //操纵这个字符设备文件的方法

        struct list_head list;              //与 cdev 对应的字符设备文件的 inode->i_devices 的链表头

        dev_t dev;                          //起始设备编号

        unsigned int count;                 //设备范围号大小

    };

2. 初始化cdev ：有两种定义初始化方式：

    

    方式1：静态内存定义初始化：

        struct cdev my_cdev;

        cdev_init(&my_cdev, &fops);

        my_cdev.owner = THIS_MODULE;

        

    方式2：动态内存定义初始化：

        struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

        my_cdev->ops = &fops;

        my_cdev->owner = THIS_MODULE;

    下面是2函数的具体代码：

        struct cdev *cdev_alloc(void)       //它主要完成了空间的申请和简单的初始化操作；

        {

            struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);

           
a102
if (p)

            {

                INIT_LIST_HEAD(&p->list);

                kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);

            }

            return p;

        }

    

        void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

        {   

            memset(cdev, 0, sizeof *cdev);  //主要是对空间起到一个清零作用并较之cdev_alloc多了一个ops的赋值操作

            INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);

            kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);

            cdev->ops = fops;

        }

3. 添加cdev到系统

    为此可以调用 cdev_add() 函数。传入cdev结构的指针，起始设备编号，以及设备编号范围。

    int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

    {

        p->dev = dev;

        p->count = count;

        return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);

    }

    释放时使用 cdev_del()函数来释放cdev占用的内存。

    void cdev_del(struct cdev *p)

    {

        cdev_unmap(p->dev, p->count);   //释放 cdev_map 散列表中的对象

        kobject_put(&p->kobj);          //释放 cdev 结构本身。

    }

4.关于kobject_init() kobj_map()

    内核中所有都字符设备都会记录在一个 kobj_map 结构的 cdev_map 变量中。

    这个结构的变量中包含一个散列表用来快速存取所有的对象。

    kobj_map() 函数就是用来把字符设备编号和 cdev 结构变量一起保存到 cdev_map 这个散列表里。

    当后续要打开一个字符设备文件时，通过调用 kobj_lookup()  函数，根据设备编号就可以找到 cdev 结构变量，从而取出其中的 ops 字段。

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                            第三步：创建设备节点

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    方法一：利用mknod命令手动创建设备节点。

    方法二：实际上Linux内核为我们提供了一组函数,可以在模块加载的时候在/dev目录下创建相应设备节点,在卸载时可删除该节点。

    原理：

        1 内核中定义了struct class结构体，它对应一个类。

        2 先调用class_create()函数，可以用它来创建一个类，这个类将存放于sysfs下面.

        3 再调用device_create()函数，从而在/dev目录下创建相应的设备节点。

        4 卸载模块对应的函数是 device_destroy 和 class_destroy()

        注：2.6 以后的版本使用device_create(),之前的版本使用的class_device_create()。

    详解：

        1:class结构：

            include/linux/device.h

            struct class

            {

                const   char        *name;

                struct module       *owner;

                struct kset         subsys;

                struct list_head    devices;

                struct list_head    interfaces;

                struct kset         class_dirs;

                struct semaphore sem;       /* locks    children, devices, interfaces */

                struct class_attribute  *class_attrs;

                struct device_attribute *dev_attrs;

    

                int    (*dev_uevent)   (struct device *dev,struct kobj_uevent_env *env);

                void   (*class_release)(struct class *class);

                void   (*dev_release)  (struct device   *dev);

                int    (*suspend)      (struct  device *dev, pm_message_t state);

                int    (*resume)       (struct device *dev);

            };

        2:class_create() 

            class_create()在/drivers/base/class.c中实现：

            struct class    *class_create(struct module *owner, //  指定类的所有者是哪个模块

                                          const char *name)     //  指定类名

            {

                struct class *cls;

                int retval;

                cls =   kzalloc(sizeof(*cls), GFP_KERNEL);

                if (!cls)

                {

                    retval =    -ENOMEM;

                    goto    error;

                }

        

                cls->name   = name;

                cls->owner = owner;

                cls->class_release = class_create_release;

        

                retval = class_register(cls);

                if (retval)

                   goto error;

                return cls;

                error:

                    kfree(cls);

                    return ERR_PTR(retval);

            }

            

        3:device_create()函数在/drivers/base/core.c中实现：

            struct device *device_create(struct class *class,   //指定所要创建的设备所从属的类

                                        struct devicev *parent, //这个设备的父设备,如果没有就指定为NULL

                                        dev_t devt,             //设备号

                                        const char *fmt,        //设备名称

                                        ...)                    //从设备号

            {

                va_list vargs;

                struct  device *dev;

                va_start(vargs, fmt);

                dev = device_create_vargs(class, parent, devt,  NULL, fmt, vargs);

                va_end(vargs);

                return  dev;

            }