驱动开发--字符驱动设备2

字符设备驱动

1.定义

以字节流的形式进行访问，且只能顺序访问的设备，针对字符设备编写的驱动叫做字符设备驱动

2.字符设备框架

用户空间通过IO函数如open、read、write、close等函数接口，调用内核空间中的字符设备驱动函数中的用户自定义的open、read、write、close等函数，通过内核驱动函数去操控相应的字符设备。当设备驱动注册进内核时，内核会分配给注册的设备驱动一个编号，每注册一个设备驱动都会给一个新的编号，这个编号叫做设备号，设备号是设备驱动在内核中的身份标志。设备号是一个32位的数据，由主设备号和次设备号组成，主设备号用来标识一类设备，次设备号用来标识这一类设备中的其中一个设备，一般一类设备的主设备号是一样的，但是因为要标识该类设备下的不同设备，因此次设备号是不一致的。设备号中主设备号占据高12位，次设备号占据低20位。设备号=主设备号<<20|次设备号。当在注册驱动后会得到驱动对应的设备号，并且基于这个设备号会在内核文件系统中创建一个设备文件，这个设备文件起到了一个承上启下的作用，在用户空间中通过IO函数操作设备文件从而操控设备。

3.字符设备内部实现原理

用户空间调用IO函数打开设备文件后，系统为该设备文件分配一个inode号，inode号是文件系统中的唯一标识，同时也是索引当前文件的inode结构体的索引号，只要文件存在于文件系统中，内核一定会存在一个inode结构体，这个结构体内部存放了文件的相关信息，当驱动设备注册时，会申请一个设备号，设备号会被填充到inode结构体中。

当用户空间调用IO函数时，根据open传递的文件路径找到设备文件对应的inode结构体，根据inode结构体中的设备号从而在inode结构体成员的共用体成员找到字符设备驱动的对象指针，通过该字符设备指针找到该指针指向的字符设备对象结构体，从而找到该结构体中的操作方法结构体指针，根据操作方法结构体指针回调对应的文件操作方法，从而控制硬件设备。

设备号是驱动存在在内核的标识，是连接设备驱动和设备文件的纽带，用户空间调用IO函数，找到设备文件的inode结构体，再通过设备号，找到相应的驱动对象结构体，通过驱动对象结构体中的操作方法结构体，找到对应的设备文件操作方法函数，回调该函数，从而控制硬件。

注册字符设备驱动步骤：

<1>分配字符设备驱动对象空间

<2>初始化字符设备驱动成员--指向字符设备驱动对象的指针和操作方法结构体

<3>申请设备号--为了将设备文件和字符驱动通过设备号连接起来

<4>将字符设备驱动注册进内核

代码实例：

1.  
   #include <linux/init.h>
2.  
   #include <linux/module.h>
3.  
   #include <linux/fs.h>
4.  
   #include <linux/io.h>
5.  
   #include <linux/device.h>
6.  
   #include <linux/cdev.h>
7.  
   #include <linux/slab.h>
8.  
   #include "led.h"
9.  
   struct cdev *cdev;
10.  
    unsigned int major=500;
11.  
    unsigned int minor=0;
12.  
    dev_t devno;
13.  
    struct class *cls;
14.  
    struct device * dev;
15.  
    int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
16.  
    {
17.  
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
18.  
    return 0;
19.  
    }
20.  
     
21.  
    long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
22.  
    {
23.  
    return 0;
24.  
    }
25.  
    int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
26.  
    {
27.  
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
28.  
    return 0;
29.  
    }
30.  
    //定义操作方法结构体变量并赋值
31.  
    struct file_operations fops={
32.  
     
33.  
    .open=mycdev_open,
34.  
    .unlocked_ioctl=mycdev_ioctl,
35.  
    .release=mycdev_close,
36.  
    };
37.  
     
38.  
    static int __init mycdev_init(void)
39.  
    {
40.  
    int ret,i;
41.  
    //1.分配对象空间
42.  
    cdev=cdev_alloc();
43.  
    if(cdev==NULL)
44.  
    {
45.  
    printk("分配字符设备驱动对象失败\n");
46.  
    ret=-EFAULT;
47.  
    goto OUT1;
48.  
    }
49.  
    printk("分配对象空间成功\n");
50.  
    //2.初始化对象
51.  
    cdev_init(cdev,&fops);
52.  
    //3.申请设备号
53.  
    if(major>0)//静态指定设备号
54.  
    {
55.  
    ret= register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"myled");
56.  
    if(ret)
57.  
    {
58.  
    printk("静态指定设备号失败\n");
59.  
    goto OUT2;
60.  
    }
61.  
    }
62.  
    else if(major==0)//动态申请设备号
63.  
    {
64.  
    ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"myled");
65.  
    if(ret)
66.  
    {
67.  
    printk("动态申请设备号失败\n");
68.  
    goto OUT2;
69.  
    }
70.  
    //获取主设备号和次设备号
71.  
    major=MAJOR(devno);
72.  
    minor=MINOR(devno);
73.  
    }
74.  
    printk("申请设备号成功\n");
75.  
    //4.注册字符设备驱动对象
76.  
    ret=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);
77.  
    if(ret)
78.  
    {
79.  
    printk("注册字符设备驱动对象失败\n");
80.  
    goto OUT3;
81.  
    }
82.  
    printk("注册字符设备驱动对象成功\n");
83.  
    //向上提交目录
84.  
    cls=class_create(THIS_MODULE,"myled");
85.  
    if(IS_ERR(cls))
86.  
    {
87.  
    printk("向上提交目录失败\n");
88.  
    ret=-PTR_ERR(cls);
89.  
    goto OUT4;
90.  
    }
91.  
    printk("向上提交目录成功\n");
92.  
    //向上提交设备节点信息
93.  
    for(i=0;i<3;i )
94.  
    {
95.  
    dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"myled%d",i);
96.  
    if(IS_ERR(dev))
97.  
    {
98.  
    ret=-PTR_ERR(dev);
99.  
    goto OUT5;
100.  
     }
101.  
     }
102.  
     printk("向上提交设备节点成功\n");
103.  
     //完成硬件寄存器地址的映射以及初始化
104.  
     return 0;
105.  
     OUT5:
106.  
     //释放已经申请的设备节点信息
107.  
     for(--i;i>=0;i--)
108.  
     {
109.  
     device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
110.  
     }
111.  
     //释放目录空间
112.  
     class_destroy(cls);
113.  
     OUT4:
114.  
     //注销字符设备驱动对象
115.  
     cdev_del(cdev);
116.  
     OUT3:
117.  
     //释放设备号
118.  
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
119.  
     OUT2:
120.  
     //释放对象空间
121.  
     kfree(cdev);
122.  
     OUT1:
123.  
     return ret;
124.  
     }
125.  
     static void __exit mycdev_exit(void)
126.  
     {
127.  
     //销毁设备节点
128.  
     int i;
129.  
     for(i=0;i<3;i )
130.  
     {
131.  
     device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
132.  
     }
133.  
     //释放目录空间
134.  
     class_destroy(cls);
135.  
     //1.注销字符设备驱动对象
136.  
     cdev_del(cdev);
137.  
     //2.释放设备号
138.  
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
139.  
     //3.释放对象空间
140.  
     kfree(cdev);
141.  
     }
142.  
     module_init(mycdev_init);
143.  
     module_exit(mycdev_exit);
144.  
     MODULE_LICENSE("GPL");

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