MISC机制编写字符驱动程序

一、杂项设备

在上次的实验中编写了一个内核模块，是使用内核提供的API实现了一个简单的虚拟设备的驱动，其中字符设备是使用函数alloc_chrdev_region -> cdev_alloc-> cdev_init-> cdev_add来注册和初始化的，而字符设备驱动也可以使用MISC机制来进行注册。
Linux把不符合预先确定的字符设备范畴称为杂项设备-MISC。
Linux的驱动设计是趋向于分层的，大多数设备都有自己归属的类型，例如按键、触摸屏属于输入设备，对于他们有一个input子系统框架。但是对于随机数发生器、时钟发生器等设备，无法明确其属于什么类型，对于这种设备统一使用misc驱动框架编写驱动程序。
MISC设备也是一个字符设备，主设备号是10，不同的杂项设备通过次设备号进行区分。
定义在major.h中，语句如下：

#define MISC_MAJOR 10

MISC设备通过结构体struct miscdevice来存储，源码如下：

struct miscdevice  {
   
	int minor;  //指定次设备号
	const char *name;   //名字
	const struct file_operations *fops; //文件操作
	struct list_head list;
	struct device *parent;
	struct device *this_device;
	const struct attribute_group **groups;
	const char *nodename;
	umode_t mode;
};

minor字段相当于dev_t设备号，但是由于设定上MISC设备的主设备号是固定的，所以只需要一个int型的字段来区分次设备号就可以了

MISC的相关函数定义在drivers\char\misc.c文件中，接下来对几个重要函数进行详细分析。

二、入口函数

驱动的入口首先创建misc类，这将给misc设备实例生成设备节点时使用，然后定义文件操作集合misc_fops。
源码如下：

static struct class *misc_class;

static const struct file_operations misc_fops = {
   
	.owner		= THIS_MODULE,
	.open		= misc_open,
	.llseek		= noop_llseek,
};

可以看到misc_fops中只实现了open函数，此函数是用于转发系统调用到具体的misc设备实例中，是misc驱动框架的核心。
源码如下：

static int misc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
   
	int minor = iminor(inode);
    //找到inode对应的设备号，再用MINOR宏求出次设备号后赋给minor变量
	struct miscdevice *c;
	int err = -ENODEV;
	const struct file_operations *new_fops = NULL;

	mutex_lock(&misc_mtx);  //互斥锁
    //在misc设备双链表中找minor对应的misc设备
	list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
   
		if (c->minor == minor) {
   
			new_fops = fops_get(c->fops);//获得它的文件操作
			break;
		}
	}
    //如果new_fops为空进行的纠正
	if (!new_fops) {
   
		mutex_unlock(&misc_mtx);
		request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
		mutex_lock(&misc_mtx);

		list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
   
			if (c->minor == minor) {
   
				new_fops = fops_get(c->fops);
				break;
			}
		}
		if (!new_fops)
			goto fail;
	}

	/*
	 * Place the miscdevice in the file's
	 * private_data so it can be used by the
	 * file operations, including f_op->open below
	 */
	file->private_data = c;

	err = 0;
	replace_fops(file, new_fops);
    //replace_fops只能用用在open()实例中，new_fops必须非空，结果是用new_fops的内容填充了open后生成的file结构体中的>f_op字段
	if (file->f_op->open)
		err = file->f_op->open(inode, file);
fail:
	mutex_unlock(&misc_mtx);
	return err;
}

可以看出这个函数和普通字符设备chrdev_open的原理基本一致，文件操作替换过程示意图如下：

三、misc_init

misc_init函数完成misc子系统在内核中的初始化，主要包括创建文件、创建misc类、注册字符设备等一系列操作，最后注册到内核中。
源码如下：

static int __init misc_init(void)
{
   
	int err;
	struct proc_dir_entry *ret;
    //如果使用proc文件系统，则创建misc项
	ret = proc_create_seq("misc", 0, NULL, &misc_seq_ops);
	misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");
    //在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类
	err = PTR_ERR(misc_class);
	if (IS_ERR(misc_class))
		goto fail_remove;

	err = -EIO;
    //注册misc类的设备驱动，最终调用内部函数__register_chrdev_region来注册一个字符设备
	if (register_chrdev(MISC_MAJOR, "misc", &misc_fops))
		goto fail_printk;
	misc_class->devnode = misc_devnode;
	return