字符设备驱动需要实现的结构体

一、file_operations结构体

1. 1 结构体位置

./include/linux/fs.h

1.2 结构体内容

struct file_operations {
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
    ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
    int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
    unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
    long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
    int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
    int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
    int (*open) (struct inode *, struct file *);
    int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
    int (*release) (struct inode *, struct file *);
    int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
    int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
    int (*fasync) (int, struct file *, int);
    int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
    unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
    int (*check_flags)(int);
    int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
    ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
    ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
    int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
    long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset, loff_t len);
    void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
#ifndef CONFIG_MMU
    unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
#endif
};

1.3 成员函数讲解

owner 拥有该结构体的模块的指针，一般设置为 THIS_MODULE。

llseek 函数用于修改文件当前的读写位置。

read 函数用于读取设备文件。

write 函数用于向设备文件写入(发送)数据。

poll 是个轮询函数，用于查询设备是否可以进行非阻塞的读写。

unlocked_ioctl 函数提供对于设备的控制功能，与应用程序中的 ioctl 函数对应。

compat_ioctl 函数与 unlocked_ioctl 函数功能一样，区别在于在 64 位系统上，32 位的应用程序调用将会使用此函数。在 32 位的系统上运行 32 位的应用程序调用的是unlocked_ioctl。

mmap 函数用于将设备的内存映射到进程空间中(也就是用户空间)，一般帧缓冲设备会使用此函数，比如 LCD 驱动的显存，将帧缓冲(LCD 显存)映射到用户空间中以后应用程序就可以直接操作显存了，这样就不用在用户空间和内核空间之间来回复制。

open 函数用于打开设备文件。

release 函数用于释放(关闭)设备文件，与应用程序中的 close 函数对应。

fasync 函数用于刷新待处理的数据，用于将缓冲区中的数据刷新到磁盘中。

aio_fsync 函数与 fasync 函数的功能类似，只是 aio_fsync 是异步刷新待处理的数据。

二、cdev结构体

2.1 结构体位置

./include/linux/cdev.h

2.2 结构体内容

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

2.3 调用实例

struct newchrled_dev {
    dev_t devid;            /* 设备号 */
    struct cdev cdev;       /* cdev */
    struct class *class;    /* 类 */
    struct device *device;  /* 设备 */
    int major;              /* 主设备号 */
    int minor;              /* 次设备号 */
};

struct newchrled_dev newchrled;

static struct file_operations newchrled_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open,
    .read = led_read,
    .write = led_write,
    .release = led_release,
};

void init()
{
    // 从0开始申请NEWCHRLED_CNT个设备号
    alloc_chrdev_region(&newchrled.devid, 0, NEWCHRLED_CNT, NEWCHRLED_NAME); /* 申请设备号 */
    newchrled.major = MAJOR(newchrled.devid);   /* 获取主设备号 */
    newchrled.minor = MINOR(newchrled.devid);   /* 获取次设备号 */

    // 将cdev结构体添加到内核的字符设备列表
    newchrled.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&newchrled.cdev, &newchrled_fops);
    cdev_add(&newchrled.cdev, newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT);

    // 在/dev目录下创建名字叫NEWCHRLED_NAME的设备文件
    newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);
    newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME); // 创建设备
}