RK3568驱动指南｜第二篇 字符设备基础-第11章 创建设备节点实验

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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第11章 创建设备节点实验

在上两个章节的学习中，我们已经成功的申请了设备号并且注册了相应的字符设备。系统通过设备号对设备进行查找，而字符设备注册到内核之后，并不能直接进行设备文件操作命令（打开、关闭、读、写等），需要相应的设备文件作为桥梁以此来进行设备的访问，在本章节将对如何创建设备节点进行学习。

11.1 创建设备节点

在Linux操作系统中一切皆文件，设备访问也是通过文件的方式来进行的，对于用来进行设备访问的文件称之为设备节点，设备节点被创建在/dev目录下，将内核中注册的设备与用户层进行链接，这样应用程序才能对设备进行访问。

根据设备节点的创建方式不同，分为了手动创建设备节点和自动创建设备节点，下面对两种设备节点创建方式进行介绍。

11.1.1 手动创建设备节点

使用mknod命令手动创建设备节点，mknod 命令格式为：

mknod NAME TYPE MAJOR MINOR

参数含义：

• NAME: 要创建的节点名称
• TYPE: b表示块设备，c表示字符设备，p表示管道
• MAJOR：要链接设备的主设备号
• MINOR: 要链接设备的从设备号

例如使用以下命令创建一个名为device_test的字符设备节点，链接设备的主设备号和从设备号分别为236和0：

mknod /dev/device_test c 236 0

11.1.2 自动创建设备节点

设备文件的自动创建是利用udev(mdev)机制来实现，多数情况下采用自动创建设备节点的方式。udev(mdev)可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。在驱动中首先使用class_create(…)函数对class进行创建，这个类存放于/sys/class/ 目录下，之后使用device_create(…)函数创建相应的设备，在进行模块加载时，用户空间中的udev会自动响应device_create()函数，寻找对应的类从而创建设备节点。

下面对于自动创建节点中所用到的函数进行解释说明：

class_create(…)函数

该函数在“内核源码/include/linux/device.h”文件中所引用（由于上一小节中引用的cdev.h文件已包含device.h，所以不需要再重复引用），如下（图11-1）所示：

 #define class_create(owner, name)       \
 ({                      \
    static struct lock_class_key __key; \
     __class_create(owner, name, &__key);    \                                                                           
 })

函数作用：

​ 用于动态创建设备的逻辑类，并完成部分字段的初始化，然后将其添加进Linux内核系统。

参数含义：

​ owner：struct module结构体类型的指针，指向函数即将创建的这个struct
class的模块。一般赋值为THIS_MODULE。

​ name：char类型的指针，代表即将创建的struct class变量的名字。

返回值：struct class * 类型的结构体。

class_destroy(…)函数

该函数在“内核源码/include/linux/device.h”文件中所引用，如下（图11-2）所示：

extern void class_destroy(struct class *cls);  

图 11-2

函数作用：

​ 用于删除设备的逻辑类，即从Linux内核系统中删除设备的逻辑类。

参数含义：

​ owner：struct module结构体类型的指针，指向函数即将创建的这个struct
class的模块。一般赋值为THIS_MODULE。

​ name：char类型的指针，代表即将创建的struct class变量的名字。

返回值：无

device_create(…)函数

该函数在“内核源码/include/linux/device.h”文件中所引用，如下（图11-3）所示：

 struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent,                                                  
                dev_t devt, void *drvdata,
                const char *fmt, ...);

函数作用：

​ 用来在class类中下创建一个设备属性文件，udev会自动识别从而进行设备节点的创建。

参数含义：

​ cls：指定所要创建的设备所从属的类。

​ parent:指定该设备的父设备，如果没有就指定为NULL。

​ devt:指定创建设备的设备号。

​ drvdata:被添加到该设备回调的数据，没有则指定为NULL。

​ fmt：添加到系统的设备节点名称。

返回值：struct device * 类型结构体

device_destroy(…)函数

在“内核源码/include/linux/device.h”文件中所引用，如下（图11-4）所示：

 extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt); 

函数作用：

​ 用来删除class类中的设备属性文件，udev会自动识别从而进行设备节点的删除。

参数含义：

​ cls：指定所要创建的设备所从属的类。

​ devt:指定创建设备的设备号。

返回值：无

至此，关于自动创建节点相关的函数就介绍完成了，会在下一小节中对于设备节点的自动创建进行相应实验程序的编写。

11.2 实验程序的编写

本实验对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\06。

本章实验将编写Linux下的自动创建设备节点实验代码，首先采用自动申请设备号的方式进行设备号的申请，并对获取的主设备号与次设备号进行打印，之后对字符设备进行注册(file_operations结构体只填充owner 字段即可，会在下个章节对file_operations结构体进行讲解)，最后自动对设备节点进行创建。

编写完成的chrdev_node.c代码如下（图11-5）所示

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/cdev.h>

static dev_t dev_num;//定义dev_t类型变量dev_num来表示设备号
struct cdev cdev_test;//定义struct cdev 类型结构体变量cdev_test，表示要注册的字符设备
struct file_operations cdev_fops_test = {
    .owner = THIS_MODULE,//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
};//定义file_operations结构体类型的变量cdev_test_ops
struct class *class_test;//定于struct class *类型结构体变量class_test，表示要创建的类

static int __init chrdev_fops_init(void)//驱动入口函数
{
    int ret;//定义int类型的变量ret，用来对函数返回值进行判断
    int major,minor;//定义int类型的主设备号major和次设备号minor
    ret = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"chrdev_name");//自动获取设备号，设备名chrdev_name
    if (ret  < 0){
        printk("alloc_chrdev_region is error \n");
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok \n");
    major = MAJOR(dev_num);//使用MAJOR()函数获取主设备号
    minor = MINOR(dev_num);//使用MINOR()函数获取次设备号
    printk("major is %d\n minor is %d \n",major,minor);
    cdev_init(&cdev_test,&cdev_fops_test);//使用cdev_init()函数初始化cdev_test结构体，并链接到cdev_test_ops结构>体
    cdev_test.owner = THIS_MODULE;//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    ret = cdev_add(&cdev_test,dev_num,1); //使用cdev_add()函数进行字符设备的添加
    if (ret < 0){
         printk("cdev_add is error \n");
    }
    printk("cdev_add is ok \n");
    class_test  = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create进行类的创建，类名称为class_test
    device_create(class_test,NULL,dev_num,NULL,"device_test");//使用device_create进行设备的创建，设备名称为device_test
    return 0;
}

static void __exit chrdev_fops_exit(void)//驱动出口函数
{
    cdev_del(&cdev_test);//删除添加的字符设备cdev_test
    unregister_chrdev_region(dev_num,1);//释放字符设备所申请的设备号
    device_destroy(class_test,dev_num);//删除创建的设备
    class_destroy(class_test);//删除创建的类
    printk("module exit \n");
}

module_init(chrdev_fops_init);//注册入口函数
module_exit(chrdev_fops_exit);//注册出口函数
MODULE_LICENSE("GPL v2");//同意GPL开源协议
MODULE_AUTHOR("topeet");//作者信息

相较于上一章节实验，本章节代码在入口函数中添加了自动创建设备节点相关代码，在驱动出口函数中添加了相应的删除设备节点相关代码(相关代码已加粗)。

需要注意的是，在进行设备节点添加时，类的创建要放在设备创建之前；在进行设备节点删除时，类的删除要放在设备删除之后。

11.3 运行测试

11.3.1 编译驱动程序

在上一小节中的chrdev_node.c代码同一目录下创建 Makefile 文件，Makefile 文件内容如下（图11-6）所示：

export ARCH=arm64#设置平台架构
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉编译器前缀
obj-m += chrdev_node.o    #此处要和你的驱动源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #这里是你的内核目录                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

对于Makefile的内容注释已在上图添加，保存退出之后，来到存放chrdev_node.c和Makefile文件目录下，如下图（图11-7）所示：

然后使用命令“make”进行驱动的编译，编译完成如下图（图11-8）所示：

编译完生成 chrdev_node.ko目标文件，如下图（图11-9）所示：

至此我们的驱动模块就编译成功了，下面进行驱动的运行测试。

11.3.2 运行测试

开发板启动之后，使用以下命令进行驱动模块的加载，如下图（图11-10）所示：

insmod cdev.ko

可以看到动态申请设备号成功了，主设备号为236，次设备号为0，然后使用以下命令进行注册设备号的查看，如下图（图11-11）所示：

 cat /proc/devices

可以看到主设备号236的设备名为chrdev_name，和驱动程序中设置的相同，证明我们的设备号注册成功了，然后使用以下命令对class目录进行查看，如下图（图11-12）所示：

ls /sys/class/

可以看到在驱动程序中创建的class_test 类已经被成功创建了，然后使用以下命令对class_test 目录进行查看，如下图（图11-12）所示：

ls /sys/class/class_test/

可以看到在驱动程序中创建的名为device_test的设备属性文件夹也被创建了，然后使用命令“ls /dev/device_test”对/dev目录进行查看，相应的设备节点也已经被自动创建了，如下图（图11-13）所示：

最后可以使用以下命令进行驱动的卸载，卸载完成如下图（图11-14）所示：

rmmod chrdev_node.ko