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linux字符设备驱动流程图(编写字符设备驱动程序)
2022-11-02 10:16

Linux字符设备驱动框架

1. 设备号

Linux内核中有很多的字符设备驱动,内核是如何区分它们的? 每个字符设备都有一个唯一的标识 – 设备号,设备号的本质: 32位的无符号整数(dev_t)。

设备号由两部分组成:

1 – 高12位称为主设备号,表明这个设备属于哪一类设备。

2 – 低20位成为次设备号,表明这个设备是同类设备中的具体哪一个。

设备号的申请方法:

第一种方法:静态定义并注册设备号

首先查看系统中有哪些设备号没有被分配给具体的设备,然后确定一个给当前的设备使用(cat /proc/devices可以看哪些号被占用了),定义方法如下:

dev_t devno = 主设备号<<20 | 次设备号;

或者使用系统接口进行组合

注册设备号 – 使申请的设备号生效并保证设备号在Linux内核中的唯一性,使用下面的接口:

from: 要注册的设备号

count:要注册多少个设备号,例如count = 3, 主设备号是255, 次设备号是0,那么将按照顺序依次注册三个设备号,分别是(主:255,从:0)、(255,1)、(255,2)

name:给要注册的设备命名,注册成功可以通过cat /proc/devices查看到

第二种方法:动态申请并注册设备号

此方法无需自己去确定哪个设备号可用,内核会查询哪个设备号没有被使用,然后分配给当前驱动进行注册,所以大部分驱动都采用这种注册方法,使驱动更加具有通用性(如果用静态注册,你选的设备号在当前设备上没有使用,但是当这个驱动移植到其他的设备上,可是其他设备上的某个驱动也使用的这个这个设备号,那么这个驱动就会注册失败)。

功能:申请一个或多个设备号并进行注册

dev:要注册的设备的设备号,输入参数,内核会寻找没有使用的设备号,然后填充到这个dev参数中。

baseminor:主设备号由内核来确定,次设备号由我们自己去确定,baseminor就对应要申请的设备号的次设备号。

count:可以一次申请多个设备号,count表示要申请的设备号的数量,当申请多个设备号时,他们的主设备号一致,次设备号会在baseminor的基础上依次加1。

name:要注册的设备的名字,注册成功可以通过cat /proc/devices查看到

最后,无论通过哪种方式注册的设备号,在卸载模块的时候都需要将注册的设备号资源进行释放:

from:要释放的设备号

count:要一次释放的设备号的数量,当释放多个设备号时,系统会从from开始,依次加1作为新的设备号进行释放

2. 字符设备操作集合 – file_operations结构体

设备驱动有各种各样的, 鼠标驱动需要获取用户的坐标以及单双击动作、LCD驱动需要写framebuffer等等,但是对上层开发调用这些驱动的人来说,他们可能不懂也不关心底层设备是如何工作的,为了简化上层应用的操作,驱动程序给上层提供了统一的操作接口–open、read、write等,这样,对应做应用开发的人来说,不管你是什么样的设备,我只需要去打开(open)你这个设备,然后进行读写等操作就可以操作这个设备了。那么,驱动程序如何实现这样统一的接口呢?需要实现下面的file_operations结构体:

这里只列出了几个最基本的成员:

owner:一般填充THIS_MODULE,表示这个驱动(模块)归自己所有(这个概念对于初学者可能难以理解,到后面我会继续说明)

open:打开设备驱动的函数指针

release:关闭设备驱动的函数指针,为了对每个设备驱动的访问保护,所以用户必须先打开设备,才能对设备进行读写等操作,操作完必须再关掉。

read:读设备驱动的函数指针(比如用户可以通过read接口读取按键驱动的按键状态等)

write:写设备驱动的函数指针(比如用户可以通过write接口写LCD驱动的framebuffer显存,将画面显示再lcd上)

用法:

定义一个属于自己设备的操作集合xxx_fops,xxx通常命名为设备的名字,例如lcd_fops, key_fops等。

3. 字符设备的核心 – cdev结构体

分配、设置、注册cdev结构体

内核用cdev结构体来表示一个字符设备,所以每个字符设备驱动,都需要注册一个cdev结构体。

owner:一般填充THIS_MODULE,表示这个驱动(模块)归自己所有。

ops:对应这个设备的文件操作集合。

list:内核中有很多字符设备,每个设备对应一个自己的cdev,这些cdev通过这个list连在一起,当注册一个新的cdev时,就会通过cdev里面的list挂到内核的cdev链表上。

count:同类设备,可以一次注册多个cdev,但是他们的操作方法(fops)是一样的,比如usb设备,多个usb共用一套操作方法(fops),但是每个usb都有自己的cdev。

注册cdev结构体 – 添加一个字符设备(cdev)到系统中:

有注册同样也有释放:

最后的代码

Makefile:

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