本文详细介绍了在Linux内核中注册字符设备驱动的四个步骤：注册设备号、初始化cdev并添加到系统、创建设备节点。内容涵盖register_chrdev_region、alloc_chrdev_region、cdev_init、cdev_add、class_create、device_create等关键函数的使用，并提供了简单的示例。
概览：
第一步：注册设备号 信息#tail -f /var/log/message
注册函数：
register_chrdev_region() 或 查看#lsmod
alloc_chrdev_region() 或 查看#cat /proc/devices
register_chrdev()
注销函数：
unregist_chrdev_region() 或
unregister_chrdev()
第二步：初始化cdev并添加到系统
初始化cdev
静态初始化 cdev_init() 或
动态初始化 cdev_alloc()
添加到系统函数
cdev_add()
从系统删除函数
cdev_del()
第三步：创建设备节点
创建类
class_create() 将放于/sysfs 查看#ls /sys/class
删除类
class_destroy()
创建节点
device_create() 或 class_device_create() 将存放于/dev 查看#ls /dev
删除节点
device_destroy() 或 class_device_destroy()
第四步：简单示例
/***************************************************************************************************
第一步：注册设备号
***************************************************************************************************/
Linux内核中所有已分配的字符设备编号都记录在一个名为 chrdevs 散列表里。
该散列表中的每一个元素是一个 char_device_struct 结构，它的定义如下：
static struct char_device_struct
{
struct char_device_struct *next; // 指向散列冲突链表中的下一个元素的指针
unsigned int major; // 主设备号
unsigned int baseminor; // 起始次设备号
int minorct; // 设备编号的范围大小
char name[64]; // 处理该设备编号范围内的设备驱动的名称
struct file_operations *fops; // 没有使用
struct cdev *cdev; // 指向字符设备驱动程序描述符的指针
}*chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]; 1 每一个主设备有一个会分配一个此结构，可以有多个次设备号。次设备是依次递增的。
2 内核提供了5个函数来来管理字符设备编号。
register_chrdev_region() 指定初始值
alloc_chrdev_region() 动态分配
register_chrdev() 指定设备号
他们都会调用 __register_chrdev_region() 来注册一组设备编号范围(一个char_device_struct结构),我们使用其中一个即可。
unregist_chrdev_region() 释放都用此函数
unregister_chrdev() 都调用了 __unregister_chrdev_region() 来注销设备
注册：
register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)
first :要分配的设备编号范围的初始值(次设备号常设为0);
count :连续编号范围.
Name :编号相关联的设备名称. (/proc/devices);
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);
*dev :存放返回的设备号
firstminor :第一个次设备号的号数,常为0;
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)
major ：要注册的设备号， 若为0则自动分配一个
name ：设备名
*fops ：以后再聊
释放:
void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
3 详细分析
/**
* register_chrdev_region() - register a range of device numbers
* @from: the first in the desired range of device numbers; must include
* the major number.
* @count: the number of consecutive device numbers required
* @name: the name of the device or driver.
*
* Return value is zero on success, a negative error code on failure.
*/
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd;
dev_t to = from + count;
dev_t n, next;
／＊＊
这个for循环主要是判断次设备号是否超过下一个主设备号。
如果超过（next<to)那么就只申请next－n个次设备号，也就是说，只申请一个主设备号对应的最大的次设备号的数量。
如果没有超过（next>to),那么就是申请用户穿过来的次设备数量，还是next-n，但是这个next＝to的
其实这里可以不用for循环写的，这里的for循环也只执行了一次
还就是char dev主设备号和次设备号的大小又一个宏来控制，有8|8型也有12|20型
＊／
for (n = from; n < to; n = next) {
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
if (next > to)
next = to;
cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n),
next - n, name);
if (IS_ERR(cd))
goto fail;
}
return 0;
fail:
to = n;
for (n = from; n < to; n = next) {
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
}
return PTR_ERR(cd);
}
/*
* Register a single major with a specified minor range.
*
* If major == 0 this functions will dynamically allocate a major and return
* its number.
*
* If major > 0 this function will attempt to reserve the passed range of
* minors and will return zero on success.
*
* Returns a -ve errno on failure.
*/
static struct char_device_struct * __register_chrdev_region(unsigned int major, unsigned int baseminor,int minorct, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd, **cp;
int ret = 0;
int i;
cd = kzalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);
if (cd == NULL)
return ERR_PTR(-ENOMEM);
mutex_lock(&chrdevs_lock);
/* temporary */
if (major == 0) {
for (i = ARRAY_SIZE(chrdevs)-1; i > 0; i--) {
if (chrdevs[i] == NULL)
break;
}
if (i == 0) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
major = i;
ret = major;
}
cd->major = major;
cd->baseminor = baseminor;
cd->minorct = minorct;
strlcpy(cd->name, name, sizeof(cd->name));
i = major_to_index(major);
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
if ((*cp)->major > major ||
((*cp)->major == major &&
(((*cp)->baseminor >= baseminor) ||
((*cp)->baseminor + (*cp)->minorct > baseminor))))
break;
/* Check for overlapping minor ranges. */
if (*cp && (*cp)->major == major) {
int old_min = (*cp)->baseminor;
int old_max = (*cp)->baseminor + (*cp)->minorct - 1;
int new_min = baseminor;
int new_max = baseminor + minorct - 1;
/* New driver overlaps from the left. */
if (new_max >= old_min && new_max <= old_max) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
/* New driver overlaps from the right. */
if (new_min <= old_max && new_min >= old_min) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
}
cd->next = *cp;
*cp = cd;
mutex_unlock(&chrdevs_lock);
return cd;
out:
mutex_unlock(&chrdevs_lock);
kfree(cd);
return ERR_PTR(ret);
}
1. 分配一个新的 char_device_struct 结构，并用 0 填充。
2. 如果申请的设备编号范围的主设备号为 0，那么表示设备驱动程序请求动态分配一个主设备号。动态分配主设备号的原则是从散列表的最后一个桶向前寻找，那个桶是空的，主设备号就是相应散列桶的序号。所以动态分配的主设备号总是小于 256，如果每个桶都有字符设备编号了，那动态分配就会失败。
3. 根据参数设置 char_device_struct 结构中的初始设备号，范围大小及设备驱动名称。
4. 计算出主设备号所对应的散列桶，为新的 char_device_struct 结构寻找正确的位置。同时，如果设备编号范围有重复的话，则出错返回。
5. 将新的 char_device_struct 结构插入散列表中，并返回 char_device_struct 结构的地址。
所有的字符设备驱动描述都放在chrdevs这个数组中。
static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
4 参考：感谢原著 (有此6个函数的源码及解说)。
http://blog.youkuaiyun.com/iLetLet/article/details/6180314
/***************************************************************************************************
第二步：初始化 cdev 并添加到系统
***************************************************************************************************/
1.内核中每个字符设备都对应一个 cdev 结构的变量，定义如下：
linux-2.6.22/include/linux/cdev.h
struct cdev
{
struct kobject kobj; //每个 cdev 都是一个 kobject
struct module *owner; //指向实现驱动的模块
const struct file_operations *ops; //操纵这个字符设备文件的方法
struct list_head list; //与 cdev 对应的字符设备文件的 inode->i_devices 的链表头
dev_t dev; //起始设备编号
unsigned int count; //设备范围号大小
};
2. 初始化cdev ：有两种定义初始化方式：
方式1：静态内存定义初始化：
struct cdev my_cdev;
cdev_init(&my_cdev, &fops);
my_cdev.owner = THIS_MODULE;
方式2：动态内存定义初始化：
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &fops;
my_cdev->owner = THIS_MODULE;
下面是2函数的具体代码：
struct cdev *cdev_alloc(void) //它主要完成了空间的申请和简单的初始化操作；
{
struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
if (p)
{
INIT_LIST_HEAD(&p->list);
kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);
}
return p;
}
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev); //主要是对空间起到一个清零作用并较之cdev_alloc多了一个ops的赋值操作
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;
}3. 添加cdev到系统
为此可以调用 cdev_add() 函数。传入cdev结构的指针，起始设备编号，以及设备编号范围。
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);
}
释放时使用 cdev_del()函数来释放cdev占用的内存。
void cdev_del(struct cdev *p)
{
cdev_unmap(p->dev, p->count); //释放 cdev_map 散列表中的对象
kobject_put(&p->kobj); //释放 cdev 结构本身。
}
4.关于kobject_init() kobj_map()
内核中所有都字符设备都会记录在一个 kobj_map 结构的 cdev_map 变量中。
这个结构的变量中包含一个散列表用来快速存取所有的对象。
kobj_map() 函数就是用来把字符设备编号和 cdev 结构变量一起保存到 cdev_map 这个散列表里。
当后续要打开一个字符设备文件时，通过调用 kobj_lookup() 函数，根据设备编号就可以找到 cdev 结构变量，从而取出其中的 ops 字段。
/***************************************************************************************************
第三步：创建设备节点
***************************************************************************************************/
方法一：利用mknod命令手动创建设备节点。
方法二：实际上Linux内核为我们提供了一组函数,可以在模块加载的时候在/dev目录下创建相应设备节点,在卸载时可删除该节点。
原理：
1 内核中定义了struct class结构体，它对应一个类。
2 先调用class_create()函数，可以用它来创建一个类，这个类将存放于sysfs下面.
3 再调用device_create()函数，从而在/dev目录下创建相应的设备节点。
4 卸载模块对应的函数是 device_destroy 和 class_destroy()
注：2.6 以后的版本使用device_create(),之前的版本使用的class_device_create()。
详解：
1:class结构：
include/linux/device.h
struct class
{
const char *name;
struct module *owner;
struct kset subsys;
struct list_head devices;
struct list_head interfaces;
struct kset class_dirs;
struct semaphore sem; /* locks children, devices, interfaces */
struct class_attribute *class_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
int (*dev_uevent) (struct device *dev,struct kobj_uevent_env *env);
void (*class_release)(struct class *class);
void (*dev_release) (struct device *dev);
int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device *dev);
};
2:class_create()
class_create()在/drivers/base/class.c中实现：
struct class *class_create(struct module *owner, // 指定类的所有者是哪个模块
const char *name) // 指定类名
{
struct class *cls;
int retval;
cls = kzalloc(sizeof(*cls), GFP_KERNEL);
if (!cls)
{
retval = -ENOMEM;
goto error;
}
cls->name = name;
cls->owner = owner;
cls->class_release = class_create_release;
retval = class_register(cls);
if (retval)
goto error;
return cls;
error:
kfree(cls);
return ERR_PTR(retval);
}
3:device_create()函数在/drivers/base/core.c中实现：
struct device *device_create(struct class *class, //指定所要创建的设备所从属的类
struct devicev *parent, //这个设备的父设备,如果没有就指定为NULL
dev_t devt, //设备号
const char *fmt, //设备名称
...) //从设备号
{
va_list vargs;
struct device *dev;
va_start(vargs, fmt);
dev = device_create_vargs(class, parent, devt, NULL, fmt, vargs);
va_end(vargs);
return dev;
}
/***************************************************************************************************
第四步：例子
***************************************************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
int hello_major = 555;
int hello_minor = 0;
int number_of_devices = 1;
struct cdev cdev;
dev_t dev = 0;
struct file_operations hello_fops = { .owner = THIS_MODULE };
static void char_reg_setup_cdev(void) {
int error, devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);
cdev_init(&cdev, &hello_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &hello_fops;
error = cdev_add(&cdev, devno, 1);
if (error)
printk (KERN_NOTICE "Error %d adding char_reg_setup_cdev", error);
}
struct class *my_class;
static int __init hello_2_init (void)
{
int result;
struct device *dev;
dev = MKDEV (hello_major, hello_minor);
result = register_chrdev_region (dev, number_of_devices, "hello");
if (result<0) {
printk (KERN_WARNING "hello: can't get major number %d/n", hello_major);
return result;
}
char_reg_setup_cdev ();
/* create your own class under /sysfs */
my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_class");
if(IS_ERR(my_class))
{
printk("Err: failed in creating class./n");
return -1;
}
/* register your own device in sysfs, and this will cause udev to create corresponding device node */
dev=device_create( my_class, NULL, MKDEV(hello_major, 0), "hello" "%d", 0 );
if(dev==NULL)
printk("<5>create device error!!!!\n");
printk (KERN_INFO "Registered character driver/n");
return 0;
}
static void __exit hello_2_exit (void)
{
dev_t devno = MKDEV (hello_major, hello_minor);
cdev_del (&cdev);
device_destroy(my_class, MKDEV(hello_major, 0)); //delete device node under /dev
class_destroy(my_class); //delete class created by us
unregister_chrdev_region (devno, number_of_devices);
printk (KERN_INFO "char driver cleaned up/n");
}
module_init( hello_2_init);
module_exit( hello_2_exit);
MODULE_LICENSE ("GPL");
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