好長時間沒怎麼看書了,最近把字元裝置驅動部分又複習了一下,寫個筆記.

Char Device Driver

相關資料結構：

struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};

struct kobj_map {
struct probe {
struct probe *next;
dev_t dev;
unsigned long range;
struct module *owner;
kobj_probe_t *get;
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data;
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};

static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct file_operations *fops;
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 255

下面本文通過一下三個方面以及他們的關聯來描述字元裝置驅動:
1. 字元驅動模型
2. 字元裝置的裝置號
3. 檔案系統中對字元裝置檔案的訪問

1. 字元驅動模型

每個字元驅動由一個 cdev 結構來表示.

在裝置驅動模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 來記錄字元裝置驅動.
這是由 struct kobj_map 結構來表示的. 它內嵌了255個struct probe指標陣列
kobj_map由全域性變數 cdev_map 引用: static struct kobj_map *cdev_map;

相關函式說明:

cdev_alloc() 用來建立一個cdev的物件

cdev_add() 用來將cdev物件新增到驅動模型中,其主要是通過kobj_map()來實現的.
kobj_map() 會建立一個probe物件,然後將其插入cdev_map中的某一項中,並關聯probe->data 指向 cdev

struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)
根據裝置號,在cdev_map中查詢其cdev物件內嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject

2. 字元裝置的裝置號

字元裝置的主,次裝置號的分配:

全域性陣列 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個 struct char_device_struct的元素.
每一個對應一個相應的主裝置號.

如果分配了一個裝置號,就會建立一個 struct char_device_struct 的物件,並將其新增到 chrdevs 中.
這樣,通過chrdevs陣列,我們就可以知道分配了哪些裝置號.

相關函式:
register_chrdev_region( ) 分配指定的裝置號範圍
alloc_chrdev_region( ) 動態分配裝置範圍
他們都主要是通過呼叫函式__register_chrdev_region() 來實現的
要注意,這兩個函式僅僅是註冊裝置號! 如果QQ號碼轉讓平臺地圖要和cdev關聯起來,還要呼叫cdev_add()

register_chrdev( ) 申請指定的裝置號,並且將其註冊到字元裝置驅動模型中.
它所做的事情為:
1. 註冊裝置號, 通過呼叫 __register_chrdev_region() 來實現
2. 分配一個cdev, 通過呼叫 cdev_alloc() 來實現
3. 將cdev新增到驅動模型中, 這一步將裝置號和驅動關聯了起來. 通過呼叫 cdev_add() 來實現
4. 將第一步中建立的 struct char_device_struct 物件的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由於register_chrdev()是老的介面,這一步在新的介面中並不需要.

3. 檔案系統中對字元裝置檔案的訪問

對於一個字元裝置檔案, 其inode->i_cdev 指向字元驅動物件cdev, 如果i_cdev為 NULL ,則說明該裝置檔案沒有被開啟.

由於多個裝置可以共用同一個驅動程式.所以,通過字元裝置的inode 中的i_devices 和 cdev中的list組成一個連結串列

首先,系統呼叫open開啟一個字元裝置的時候, 通過一系列呼叫,最終會執行到 chrdev_open.
(最終是通過呼叫到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 這一系列的呼叫過程,本文暫不討論)

int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

chrdev_open()所做的事情可以概括如下:
1. 根據裝置號(inode->i_rdev), 在字元裝置驅動模型中查詢對應的驅動程式, 這通過kobj_lookup() 來實現, kobj_lookup()會返回對應驅動程式cdev的kobject.
2. 設定inode->i_cdev , 指向找到的cdev.
3. 將inode新增到cdev->list的連結串列中.
4. 使用cdev的ops 設定file物件的f_op
5. 如果ops中定義了open方法,則呼叫該open方法
6. 返回.

執行完chrdev_open()之後,file物件的f_op指向cdev的ops,因而之後對裝置進行的read, write等操作,就會執行cdev的相應操作.