编写字符设备小Demo

Linux内核——字符设备.

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• 设备相关点解
• 简述字符设备驱动的设计流程
  • 定义一个字符设备
  • 定义并初始化一个文件操作集
  • 源码及详解
• 编写对应Makefile

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  obj-m += led_dev.o KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi- PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules clean: rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf

设备相关点解.

Linux驱动设备一共分为三种：字符设备、块设备、网络设备，其中只有网络设备比较特殊，其在/dev目录下是没有设备文件的。

区分文件类型：

符号	文件类型
c	字符设备
b	块设备
d	目录
l	符号链接

字符设备

       该设备对数据的处理按照字节流的形式进行的，支持顺序访问（是有时间的概念），也可以支持随机访问。
典型的字符设备：串口、键盘、触摸屏、摄像头、I2C、SPI、声卡、帧缓冲设备….
顺序访问的设备：串口、键盘、触摸屏
随机访问的设备：帧缓冲设备

       应用程序，能够使用系统IO函数来就行访问：open、write、read、lseek、close…..

比如在根目录的/dev下我们能看到

       其中第五第六列分别是主设备号和次设备号
如：fb0的主设备号为29,次设备号为0

1	crw-rw---- 1 root video 29, 0 Feb 6 11:52 fb0

主设备号

主设备号主要用于区分某一类型的设备，比如显示器、鼠标、键盘、硬盘等

次设备号

       次设备号用来区分同一类型设备的不同个体或者不同分区，比如显示器A.a、显示器A.b 或者硬盘的分区1～分区7;

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简述字符设备驱动的设计流程.

1. 首先定义一个字符设备 struct cdev
2. 申请设备号
   a. 静态注册

   MKDEV
   register_chrdev_region

   b. 动态注册

   alloc_chrdev_region

3. 定义file_operations，初始化打开、关闭、读、写等函数接口。
4. cdev初始化
   .cdev_init
5. 将cdev加入到内核
   .cdev_add
6. 创建设备文件
   .手动创建，去/dev目录进行创建
   .自动创建
   1)class_create
   2)device_create

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此处默认都能使用Source Insight来阅读内核源码了

定义一个字符设备.

使用到一个结构体，见include/linux/cdev.h –> cdev

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#include <linux/cdev.h> struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; struct list_head list; dev_t dev; unsigned int count; };

kobj：内核管理驱动的时候，自动管理的对象，自动链接调用(不需要我们管);
*owner：属于哪一个内核模块，初始化一般默认编写值为THIS_MODULE，指向当前模块;(重点)
*ops：字符设备文件操作集;(重点)
list：内核自动管理字符设备的链表，内核自动调用;
dev：设备号;
count：对当前设备申请次设备号的数目;(重点)

定义并初始化一个文件操作集.

定义一个file_operations结构体，见/include/linux/fs.h –> file_operations

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#include <linux/fs.h> 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 (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); 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 (*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 **); long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset, loff_t len); };

       当然很多时候我们用不到它结构体定义的这么多函数接口，只需保留最常用的即可;

       每个字符设备都必须有一个文件操作集，文件操作集是驱动程序给应用程序访问硬件的一个接口，应用层与驱动程序函数接口的对应关系如下：

应用层	驱动层
open	open
close	release
write	write
read	read
lseek	llseek
ioctl	unlocked_ioctl

用法例子：（摘自源码bsg.c）

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static const struct file_operations bsg_fops = { .read = bsg_read, .write = bsg_write, .poll = bsg_poll, .open = bsg_open, .release = bsg_release, .unlocked_ioctl = bsg_ioctl, .owner = THIS_MODULE, .llseek = default_llseek, };

对应的：

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static ssize_t bsg_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { struct bsg_device *bd = file->private_data; ... ... ... return bytes_read; } static ssize_t bsg_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { struct bsg_device *bd = file->private_data; ssize_t bytes_written; ... ... ... return bytes_written; } ... ... ...

当应用层的 open函数 调用了 xxx.ko 的 xxx_open 函数
当应用层的 write函数 调用了 xxx.ko 的 xxx_write 函数
当应用层的 close函数 调用了 xxx.ko 的 xxx_release 函数
…

我们需要定义一个file_operations的结构体把自己编写的接口配置进去，以便后续cdev_init的初始化。

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源码及详解.

led_dev.c

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#include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/fs.h> //1.定义字符设备 static struct cdev led_cdev; //2.声明设备号 static dev_t led_dev_num; static ssize_t led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset) { printk("<3>""led_read\n"); return 0; } static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset) { printk("<3>""led_write\n"); return 0; } static int led_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk("<3>""led_open\n"); return 0; } static int led_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk("<3>""led_release\n"); return 0; } //3.定义file_operations static const struct file_operations led_fops = { .read = led_read, .write = led_write, .open = led_open, .release = led_release, .owner = THIS_MODULE }; //入口函数 static int __init gec6818_led_init(void) { int ret = 0; led_dev_num = MKDEV(239,0); //2.1静态申请设备号 主设备号为239,次设备号为0 //2.2注册设备号 int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) ret = register_chrdev_region(led_dev_num, 1, "myled"); if (ret < 0) { printk("<3>""register chrdev region error\n"); return -1; } //4.字符设备的初始化 void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops) cdev_init(&led_cdev, &led_fops); //5.将设备加入到内核 int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count) ret = cdev_add(&led_cdev, led_dev_num, 1); if(ret < 0) { printk("<3>""cdev_add error\n"); goto err_cdev_add; } printk("<3>""gec6818 led init success\n"); printk("<3>""device num: %d\n", MAJOR(led_dev_num)); printk("<3>""device last num: %d\n", MANOR(led_dev_num)); return 0; err_cdev_add: unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1); //注销设备号 return ret; } //出口函数 static void __exit gec6818_led_exit(void) { cdev_del(&led_cdev); //从系统中删除字符设备 unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1); //注销设备号 printk("<4>""gec6818 led exit\n"); } //驱动程序的入口：insmod led_drv.ko调用module_init，module_init又会去调用gec6818_led_init。 module_init(gec6818_led_init); //驱动程序的出口：rmmod led_drv调用module_exit，module_exit又会去调用gec6818_led_exit。 module_exit(gec6818_led_exit) //模块描述 MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息 MODULE_DESCRIPTION("study kernal first code test"); //模块功能说明 MODULE_LICENSE("GPL"); //许可证：驱动遵循GPL协议

要点详解

静态申请设备号 MKDEV

MKDEV 原型 参数1：主设备号，参数2：次设备号

1	#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

注册设备号

register_chrdev_region 原型 参数1：声明的设备号，参数2：注册的数量，参数3：注册的名字 返回值：成功为0，失败返回负数的错误码

1	int `register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

字符设备的初始化

cdev_init 原型 参数1：定义的字符设备，参数2：file_operations

1	void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

将设备加入内核

cdev_add 原型 参数1：定义的字符设备地址，参数2：声明的设备号，参数3：加入的数量，返回值：成功为0,失败为负数错误值

1	int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

设备号注销

unregister_chrdev_region 原型 参数1：声明的设备号，参数2：数量

1	void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

将字符设备从内核删除

cdev_del 原型 参数1：定义的字符设备地址

1	void cdev_del(struct cdev *p)

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编写对应Makefile.

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obj-m += led_dev.o KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi- PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules clean: rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf

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编译完成后，insmod到Linux系统中后，可以通过lsmod查看相关信息，也可以使用cat命令查看/proc/devices，能够找到注册成功的设备名字。

注意：由于没有这里只是小demo是需要手动创建设备节点的，如果配合应用程序使用时，需要为该设备在/dev目录下创建设备文件;
使用：

mknod /dev/led c 239 0
mknod 设备文件 设备类型 主设备号 次设备号

后续的博客中将会加入自动创建设备节点的代码，和讲解！
注意
1.手动创建设备文件的时候，主设备号和次设备号不能写错;
2.若此前的设备文件已经存在，再次创建相同名字的设备文件，会出现错误;（解决方法：先使用rm命令删除原来的设备文件，再使用mknod命令重新创建。）

最后用ls -l /dev/xxx检查是否创建成功！

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