字元裝置驅動-Linux驅動學習（5）
阿新 • • 發佈：2021-07-15
【學習筆記】
一、申請字元類裝置號
1、字元裝置和雜項裝置的區別
（1）裝置號的不同：雜項裝置的主裝置號是固定的，固定為10，而字元類裝置需要我們自己或者系統來給我們分配。
（2）裝置節點的生成方式不同：雜項裝置可以自動生成裝置節點，而字元裝置需要我們自己生成裝置節點。
2、兩種方法註冊字元類裝置號
（1）靜態分配裝置號
需要明確知道系統裡面哪些裝置號沒有被使用，然後手動分配。
函式定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h extern int register_chrdev_region(dev_t, unsigned, const char *); 引數： 第一個:裝置的起始值，型別是dev_t型別 第二個:次裝置號的個數 第三個:裝置的名稱 dev_t型別: dev_t是用來儲存裝置號的，是一個32位數 其中高12為用來儲存裝置號，低12為用來儲存次裝置號 dev_t定義在linux-4.9.268/include/linux/types.h裡邊 typedef __u32 __kernel_dev_t; typedef __kernel_dev_t dev_t;
Linux 提供了幾個巨集定義來操作裝置號
定義在linux-4.9.268/include/linux/kdev_t.h裡邊 #define MINORBITS 20 //提供了次裝置的位數,一共20位 #define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)//次裝置的掩碼 #define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))//在dev_t裡面獲取主裝置號 #define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))//在dev_t裡面獲取主次裝置號 #define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))//將主裝置號和次裝置號組成dev_t型別（上面提到，dev_t型別是用來儲存裝置號的） 其中MKDEV(ma,mi)引數： ma：主裝置號 mi：次裝置號 返回值： 成功：返回0 失敗：返回非零
（2）動態分配裝置號
這個函式同樣也定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h中
extern int alloc_chrdev_region(dev_t *, unsigned, unsigned, const char *);
引數：
第一個：儲存生成的裝置號
第二個：我們請求的第一個裝置號，通常是0
第三個：連續申請的裝置號的個數
第四個：裝置名稱
返回值：
成功：返回0
失敗：返回負數
使用動態分配會優先使用255~234裝置號
3、登出裝置號
這個函式同樣也定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h中 extern void unregister_chrdev_region(dev_t, unsigned); 引數： 第一個：分配裝置號的起始地址 第二個：申請的連續裝置號個數
例項操作：
chrdev.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//註冊裝置號函式所在標頭檔案
#include <linux/fs.h>
//處理裝置號巨集定義所在標頭檔案
#include <linux/kdev_t.h>
//定義次裝置號個數
#define DEVICE_NUMBER 1
//次裝置號起始地址，通常為0
#define DEVICE_MINOR_NUMBER 0
//定義裝置名稱
#define DEVICE_SNAME "schrdev" //靜態註冊
#define DEVICE_ANAME "achrdev" //動態註冊
static int major_num,minor_num;
module_param(major_num,int,S_IRUSR);
module_param(minor_num,int,S_IRUSR);
static int hello_init(void){
dev_t dev_num;
int ret;//定義儲存函式返回值變數
//靜態申請裝置號
if(major_num){//判斷主裝置號有沒有傳遞進來，如果傳了引數，則使用靜態註冊方式，否則，使用動態註冊方式。
//列印主次裝置號
printk("major_num= %d\n",major_num);
printk("minor_num= %d\n",minor_num);
//組合主次裝置號
dev_num = MKDEV(major_num, minor_num);
//註冊裝置號函式，並儲存返回值
ret = register_chrdev_region(dev_num, DEVICE_NUMBER, DEVICE_SNAME);
if(ret < 0){//返回值<0，註冊失敗
printk("register_chrdev_region error\n");
}
printk("register_chrdev_region successful\n");//否則說明註冊成功
}
else{//動態申請裝置號
ret = alloc_chrdev_region(dev_num, DEVICE_MINOR_NUMBER, DEVICE_NUMBER, DEVICE_ANAME);
if(ret < 0){//返回值<0，註冊失敗
printk("register_chrdev_region error\n");
}
printk("register_chrdev_region successful\n");//否則說明註冊成功
//使用巨集定義獲取裝置號
major_num = MAJOR(dev_num);
minor_num = MINOR(dev_num);
//列印主次裝置號
printk("major_num= %d\n",major_num);
printk("minor_num= %d\n",minor_num);
}
return 0;
}
static void hello_exit(void){
//登出裝置號
unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, minor_num), DEVICE_NUMBER);
printk("bye bye\n");
}
//入口和出口
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
//宣告許可證
MODULE_LICENSE("GPL");
在實際開發中，建議使用動態申請裝置號的方式，多人開發時，使用靜態申請很容易造成裝置號衝突。
二、註冊字元裝置
1、重要結構說明
cdev結構體：描述字元裝置的結構體
//它定義在linux-4.9.268/include/linux/cdev.h中
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;//說明模組所屬
const struct file_operations *ops;//檔案操作集
struct list_head list;//連結串列節點
dev_t dev;//裝置號
unsigned int count;//次裝置號的數量
};
2、操作步驟
（1）定義一個cdev結構體
（2）使用cdev_init函式初始化cdev結構體成員變數
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *){
memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;//把檔案操作集寫給cdev的成員變數ops
}
引數:
第一個：要初始化的cdev結構體指標
第二個：檔案操作集
（3）使用cdev_add函式註冊字元裝置到核心
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);
引數：
第一個：cdev的結構體指標
第二個：裝置號
第三個：次裝置號的數量
（4）登出字元裝置
void cdev_del(struct cdev *);
3、實際操作展示
直接在上面申請裝置號的程式碼修改，前面已有的程式碼註釋，下面不在寫，便於區別修改位置
chrdev.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
//註冊字元裝置所在
#include <linux/cedv.h>
#define DEVICE_NUMBER 1
#define DEVICE_MINOR_NUMBER 0
#define DEVICE_SNAME "schrdev"
#define DEVICE_ANAME "achrdev"
static int major_num,minor_num;
//定義cdev結構體
struct cdev cdev;
module_param(major_num,int,S_IRUSR);
module_param(minor_num,int,S_IRUSR);
//應用層呼叫裝置節點，觸發的open函式
int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函式實現
printk("hello chrdev_open\n");
return 0;
}
//定義檔案操作集
struct file_operations chrdev_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = chrdev_open
};
static int hello_init(void){
dev_t dev_num;
int ret;
if(major_num){
printk("major_num= %d\n",major_num);
printk("minor_num= %d\n",minor_num);
dev_num = MKDEV(major_num, minor_num);
ret = register_chrdev_region(dev_num, DEVICE_NUMBER, DEVICE_SNAME);
if(ret < 0){
printk("register_chrdev_region error\n");
}
printk("register_chrdev_region successful\n");
}
else{
ret = alloc_chrdev_region(dev_num, DEVICE_MINOR_NUMBER, DEVICE_NUMBER, DEVICE_ANAME);
if(ret < 0){
printk("register_chrdev_region error\n");
}
printk("register_chrdev_region successful\n");
major_num = MAJOR(dev_num);
minor_num = MINOR(dev_num);
printk("major_num= %d\n",major_num);
printk("minor_num= %d\n",minor_num);
}
cdev.owner = THIS_MODULE;//宣告所屬模組
//初始化cdev結構體成員變數,第二個引數，要提前定義檔案操作集
cdev_init(&cdev, chrdev_ops);
//將字元設備註冊到核心
cdev_add(&cdev, dev_num, DEVICE_NUMBER);
return 0;
}
static void hello_exit(void){
//登出裝置號
unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, minor_num), DEVICE_NUMBER);
//登出字元裝置(注意把它寫到註冊裝置號的下面，一個簡單的邏輯問題)
void cdev_del(&cdev);
printk("bye bye\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
app.c（只保留開啟節點功能）
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]){//如果開啟裝置節點成功，這會呼叫驅動裡邊的misc_open()函式
int fd;
char buf[64] = {0};
fd = open("/dev/test",O_RDWR);//open the device node
if(fd < 0){ //determine whether the opening is successful
perror("open error\n");
return fd;
}
//close(fd);//關閉節點
return 0;
}
【注意】字元設備註冊完後並不會自動生成裝置節點，需要是哦那個mknod命令建立裝置節點
命令格式:
mknod [名稱] [型別] [主裝置號] [次裝置號]
例如：
mknod /dev/test c 247 0 //"dev/test"為app.c中定義的裝置節點名稱
三、自動建立裝置節點
當載入模組時，在/dev目錄下自動建立相應的裝置檔案
1、怎麼自動建立一個裝置節點
在嵌入式Linux中使用mdev來實現裝置節點檔案的自動建立和刪除
2、什麼是mdev
mdev是udev的簡化版本，是busybox中所帶的程式，最適合用在嵌入式系統
3、什麼是udev
udev是一種工具，它跟狗根據系統中的硬體裝置的狀態動態更新裝置檔案，包括裝置檔案的建立，刪除等。裝置檔案通常放在/dev目錄下。使用udev後，在/dev目錄下就只包含系統中真正存在的裝置，udev一般用在PC上的linux中，相對於mdev來說複製些。
4、怎麼建立裝置節點
自動建立裝置節點分為兩個步驟：
（1）使用class_create函式建立一個class的類
（2）使用device_create函式在我們建立的類下面建立一個裝置
5、建立和刪除類函式
在Linux驅動程式中一般通過兩個函式來完成裝置節點的建立和刪除。首先要建立一個class類結構體。
calss結構體定義在include/linux/device.h中。class_create是類建立函式，class_create是一個巨集定義，內容如下
#define class_create(owner, name) \
({ \
static struct lock_class_key __key; \
__class_create(owner, name, &__key); \
})
class_create一共有兩個引數，引數owner一般為THIS_MODULE，引數name是類的名字。返回值是個指向結構體class的指標，也就是建立的類。
解除安裝驅動程式的時候需要刪除掉類，類刪除函式為class_destory，函式原型如下：
void class_destroy(struct class *cls);
//引數cls就是要刪除的類。
6、建立裝置函式
當使用上節點的函式建立完成一個類後，使用device_create函式在這個類下建立一個裝置device_create
函式原型如下：
//同樣定義在include/linux/device.h中
struct device *device_create_vargs(struct class *cls, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata,
const char *fmt, va_list vargs);
引數說明：
device_create 是個可變引數函式
class:裝置要建立在哪個類下面
parent：父裝置，一般為NULL，也就是沒有父裝置
devt:裝置號
drvdata：是裝置可能會使用的一些資料，一般為NULL
fmt:是裝置名字，如果設定fmt=xxx的話，就會生成/dev/xxx這個裝置檔案
返回值就是建立號的裝置