设备驱动号 绑定文件描述符

本文详细介绍了如何在Linux系统中使用C语言编写一个驱动程序,通过字符设备接口控制GPIO引脚驱动LED灯的开关。内容包括内存映射、设备驱动初始化、字符设备操作和模块加载/卸载过程。

K1.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include "head.h"

char kbuf[128] = {};
//定义三个指针指向映射后的虚拟内存
unsigned int *vir_rcc;
unsigned int *vir_moder_led1;
unsigned int *vir_odr_led1;
unsigned int *vir_moder_led2;
unsigned int *vir_odr_led2;
unsigned int *vir_moder_led3;
unsigned int *vir_odr_led3;

struct cdev *cdev;
unsigned int major=0;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
struct class *cls;
struct device *dev;

int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    //获取打开的文件的次设备号
    int min = MINOR(inode->i_rdev);
    file->private_data = (void* )min;
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    //获取打开文件的次设备号
    int min = (int)file->private_data;
    switch(min)
    {
        case 0:
            switch(cmd)
            {
                case LED_ON:
                    (*vir_odr_led1) |= (0x1 << 10);
                    break;
                case LED_OFF:
                    (*vir_odr_led1) &= (~(0x1 << 10));
                    break;
            }
            break;
        case 1:
             switch(cmd)
            {
                case LED_ON:
                    (*vir_odr_led2) |= (0x1 << 10);
                    break;
                case LED_OFF:
                    (*vir_odr_led2) &= (~(0x1 << 10));
                    break;
            }
            break;
        case 2:
              switch(cmd)
            {
                case LED_ON:
                    (*vir_odr_led3) |= (0x1 << 10);
                    break;
                case LED_OFF:
                    (*vir_odr_led3) &= (~(0x1 << 10));
                    break;
            }
            break;              
    }
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
//定义操作方法结构体变量并赋值
struct file_operations fops={
    .open=mycdev_open,
    .unlocked_ioctl=mycdev_ioctl,
    .release=mycdev_close,
};
int all_led_init(void)
{
    //进行寄存器的地址映射
    vir_rcc = ioremap(PHY_RCC,4);
    if(vir_rcc == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }

    vir_moder_led1 = ioremap(PHY_LED1_MODER,sizeof(gpio_t));
    if(vir_moder_led1 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }
    vir_odr_led1 = ioremap(PHY_LED1_ODR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_odr_led1 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }

    vir_moder_led2 = ioremap(PHY_LED2_MODER,sizeof(gpio_t));
    if(vir_moder_led2 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }
    vir_odr_led2 = ioremap(PHY_LED2_ODR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_odr_led2 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }

    vir_moder_led3 = vir_moder_led1;
    if(vir_moder_led3 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }
    vir_odr_led3 = vir_odr_led1;
    if(vir_odr_led3 == NULL)
    {
        printk("物理内存映射filed! %d\n",__LINE__);
        return -EFAULT;
    }

    printk("物理内存映射成功!\n");

    //LED1寄存器初始化
    (*vir_rcc) |= (0x3 << 4);         //GPIOE控制器时钟使能

    (*vir_moder_led1) &= (~(0x3 << 20));   //MODER[21:20] => 00
    (*vir_moder_led1) |= (0x1 << 20);      //MODER[21:20] => 01
    (*vir_odr_led1) &= (~(0x1 << 10));     //默认为关灯

    (*vir_moder_led2) &= (~(0x3 << 20));   //MODER[21:20] => 00
    (*vir_moder_led2) |= (0x1 << 20);      //MODER[21:20] => 01
    (*vir_odr_led2) &= (~(0x1 << 10));     //默认为关灯

    (*vir_moder_led3) &= (~(0x3 << 16));   //MODER[17:16] => 00
    (*vir_moder_led3) |= (0x1 << 16);      //MODER[17:16] => 01
    (*vir_odr_led3) &= (~(0x1 << 8));     //默认为关灯

    printk("寄存器初始化成功!\n");

    return 0;
}
static int __init mycdev_init(void)
{
    all_led_init();

    //1.申请一个驱动对象空间
    int retu;
    cdev=cdev_alloc();
    if(cdev == NULL)
    {
        printk("申请驱动对象空间失败!\n");
        retu = -EFAULT;
        goto out1;
    }
    printk("申请驱动对象空间成功!\n");
    //2.初始化设备对象
    cdev_init(cdev,&fops);
    //3.申请设备号
    int ret=0;
    if(major==0)
    {
        ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"mycdev");
        if(ret!=0)
        {
        printk("(动态)申请设备号失败,错误码 => %d \n",ret);
        goto out2; 
        }
        major=MAJOR(devno);
        minor=MINOR(devno);
    }
    else
    {
        ret=register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"mycdev");
        if(ret!=0)
        {
        printk("(静态)申请设备号失败,错误码 => %d \n",ret);
        goto out2; 
        }
    }

    printk("申请设备号成功!\n");
    //4.注册设备驱动对象
    int ret1;
    ret1=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);
    if(ret1!=0)
    {
        printk("注册设备驱动对象失败,错误码 => %d \n",ret1);
        goto out3;         
    }
    printk("注册设备驱动对象成功!\n");
    //5.向上提交目录
    cls=class_create(THIS_MODULE,"mycdev");
    if(IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录失败!\n");
        goto out4;
    }
    printk("向上提交目录成功!\n");
    //6.向上提交节点信息
    int i;
    for(i=0;i<3;i++)
    {
        dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"mycdev%d",i);
        if(IS_ERR(dev))
        {
            printk("向上提交设备节点失败!\n");
           goto out5;
        }
    }
    printk("向上提交设备节点成功!\n");
    return 0;
out5:
    for(--i;i>=0;i--)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    class_destroy(cls);   
out4:
    cdev_del(cdev);
out3:
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
out2:
    kfree(cdev);
out1:
    return retu;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //取消内存映射
    iounmap(vir_rcc);

    iounmap(vir_moder_led1);
    iounmap(vir_odr_led1);

    iounmap(vir_moder_led2);
    iounmap(vir_odr_led2);

    iounmap(vir_moder_led3);
    iounmap(vir_odr_led3);
    //销毁设备节点信息
    int i;
    for(i=0;i>3;i++)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    //销毁目录
    class_destroy(cls);
    //1.注销设备驱动
    cdev_del(cdev);
    //2.释放注册的设备号
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
    //释放对象空间
    kfree(cdev);

}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

test.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include "head.h"
int main(int argc,const char * argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd0 = open("/dev/mycdev0",O_RDWR);
    if(fd0 < 0)
    {
        printf("文件/dev/mycdev0打开失败\n");
        return -1;
    }
    printf("文件/dev/mycdev0打开成功\n");
    int fd1 = open("/dev/mycdev1",O_RDWR);
    if(fd1 < 0)
    {
        printf("文件/dev/mycdev1打开失败\n");
        return -1;
    }
    printf("文件/dev/mycdev1打开成功\n");
    int fd2 = open("/dev/mycdev2",O_RDWR);
    if(fd2 < 0)
    {
        printf("文件/dev/mycdev2打开失败\n");
        return -1;
    }
    printf("文件/dev/mycdev2打开成功\n");
    int a=0;
    int b=0;
    while(1)
    {
        printf("输入要进行的操作:");
        printf("0(关灯)1(开灯) >>  ");
        scanf("%d",&a);
        printf("请选择要控制的灯:1(LED1)2(LED2) 3(LED3) >> ");
        scanf("%d",&b);
        switch(a)
        {
            case 0://关灯
                switch(b)//哪个灯
                {
                    case 0:
                        ioctl(fd0,LED_OFF);
                        break;
                    case 1:
                        ioctl(fd1,LED_OFF);
                        break;
                    case 2:
                        ioctl(fd2,LED_OFF);
                        break;                   
                }
            break;
            case 1://开灯
                switch(b)//哪个灯
                {
                    case 0:
                        ioctl(fd0,LED_ON);
                        break;
                    case 1:
                        ioctl(fd1,LED_ON);
                        break;
                    case 2:
                        ioctl(fd2,LED_ON);
                        break;                   
                }
            break;             
        }

    }


    close(fd0);
    close(fd1);
    close(fd2);
    return 0;
}

head.h

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__
typedef struct{
    unsigned int MODER;
    unsigned int OTYPER;
    unsigned int OSPEEDR;
    unsigned int PUPDR;
    unsigned int IDR;
    unsigned int ODR;
}gpio_t;
#define PHY_RCC        0x50000A28

#define PHY_LED1_MODER 0x50006000
#define PHY_LED1_ODR   0x50006014

#define PHY_LED2_MODER 0x50007000
#define PHY_LED2_ODR   0x50007014
//构建功能码
#define LED_ON _IO('l', 1)  //开灯
#define LED_OFF _IO('l', 0)  //关灯

#endif

<think>嗯,用户想了解socket和文件描述符之间的关联机制和原理。我之前学过一些操作系统和网络编程的知识,但可能需要再仔细梳理一下。首先,文件描述符在Unix/Linux系统中是用来标识打开的文件或I/O资源的整数,每个进程都有一个文件描述符表。那socket也是一种I/O资源,所以应该会被分配文件描述符。 记得socket通信的时候,创建socket会返回一个文件描述符,之后的操作比如connect、bind、read/write都是通过这个描述符进行的。那这里的关联可能在于操作系统把socket当作文件来处理,使用相同的接口,比如read和write函数。不过socket毕竟不是普通文件,它可能涉及到网络协议栈的处理,所以内核里应该有对应的结构体来管理socket的状态和数据缓冲区。 参考引用里的内容,比如引用[4]提到socket是进程间通信的一种方式,使用三元组(IP地址,协议,端口)来标识。而引用[2]中提到了socketpair函数创建一对已连接的套接字,并生成两个文件描述符。这说明socket的创建确实会返回文件描述符,并且这些描述符被用来操作socket。 另外,引用[1]提到文件描述符是进程打开的文件和socket的标识,所以socket在创建时会被分配一个文件描述符,放入进程的文件描述符表中。当进程进行读写时,系统调用通过文件描述符找到对应的socket结构,进行数据传输。 可能还需要解释内核层面的处理,比如VFS(虚拟文件系统)将socket也抽象成文件,这样上层应用可以使用统一的接口。每个socket对应的文件描述符指向内核中的socket结构体,包含协议类型、状态、缓冲区等信息。当应用程序调用read/write时,内核根据描述符找到socket结构,调用相应的协议处理函数。 用户的问题可能还涉及到为什么socket可以像文件一样操作,这就需要解释Unix一切皆文件的设计哲学,通过文件描述符统一管理不同类型的I/O资源。同时,设备文件的主次设备(引用[3])可能和socket的设备驱动有关联,但socket可能不直接对应设备文件,而是通过内核模块处理。 总结一下,socket创建时获得文件描述符,内核通过该描述符管理socket的相关数据结构和网络协议栈交互。文件描述符作为统一的接口,使得socket可以像文件一样进行读写,但底层处理方式不同。需要结合引用中的例子和机制来详细说明这个过程。</think>### Socket与文件描述符的关联机制 在Linux/Unix系统中,**文件描述符(File Descriptor)** 是操作系统用于管理进程所打开资源的统一抽象标识,而**Socket**作为网络通信的核心组件,其生命周期和操作也通过文件描述符实现关联。以下是两者的关联机制和原理分析: --- #### 1. **Socket的创建与文件描述符分配** 当进程通过系统调用(如`socket()`)创建Socket时,内核会执行以下步骤: 1. 分配一个新的Socket结构体,包含协议类型(如TCP/UDP)、状态、缓冲区等信息。 2. 在进程的**文件描述符表**中分配一个未使用的整数(即文件描述符),指向内核中的Socket结构体。 3. 返回该文件描述符给应用程序,后续所有Socket操作(如`bind()`、`connect()`、`read()`/`write()`)均通过此描述符进行[^1][^4]。 例如,创建一对Socket的代码片段如下(参考引用[2]): ```c int sv[2]; socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sv); // 返回sv[0]和sv[1]两个文件描述符 ``` --- #### 2. **内核层面的关联机制** - **文件描述符表的映射** 每个进程维护一个文件描述符表,表中每一项包含指向内核**文件对象(File Object)** 的指针。对于Socket,文件对象会关联到内核的Socket结构体,而非普通文件的inode[^1][^3]。 - **Socket与文件系统的统一抽象** Linux通过**虚拟文件系统(VFS)** 将Socket抽象为“文件”,因此Socket可以使用与普通文件相同的接口(如`read()`/`write()`)。但底层实现上,Socket的操作会触发网络协议栈的处理逻辑[^4]。 --- #### 3. **Socket文件描述符的特性** - **非持久性**:Socket文件描述符的生命周期与进程绑定,进程退出后自动关闭。 - **多路复用支持**:可通过`poll()`、`select()`等系统调用同时监控多个Socket描述符的事件(如可读/可写),实现高效I/O管理[^5]。 - **特殊设备标识**:Socket不占用磁盘数据块,其在内核中通过协议类型和端口标识,而非普通文件的主/次设备[^3]。 --- #### 4. **示例:Socket通信流程** 1. **服务端**:`socket() -> bind() -> listen() -> accept()` 2. **客户端**:`socket() -> connect() -> send()/recv()` 上述每一步操作均通过文件描述符访问Socket资源。例如,`accept()`返回的新文件描述符用于处理具体连接。 --- ### 关键区别与联系 | **特性** | **普通文件描述符** | **Socket文件描述符** | |------------------|----------------------------------|------------------------------------| | 底层资源 | 磁盘文件、设备文件 | 网络连接、协议栈缓冲区 | | 操作接口 | `open()`/`close()`/`read()`/`write()` | `socket()`/`bind()`/`listen()`/`send()` | | 内核数据结构 | 关联inode和磁盘块 | 关联Socket结构体和协议控制块 | | 多路复用 | 支持(如`epoll`) | 支持且更常用 | --- 相关问题
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