目录
一、字符设备
在 Linux 中一切皆为文件，驱动加载成功以后会在 “/dev” 目录下生成一个相应的文件，应用程序通过对这个名为“/dev/xxx”(xxx 是具体的驱动文件名字)的文件进行相应的操作即可实现对硬件的操作。
应用程序运行在用户空间，而 Linux 驱动属于内核的一部分，因此驱动运行于内核空间。
1.1 驱动模块的加载和卸载
module_init(xxx_init); //注册模块加载函数
module_exit(xxx_exit); //注册模块卸载函数
module_init() 函数用来向 Linux 内核注册一个模块加载函数，参数xxx_init就是需要注册的具体函数，当使用 “insmod” 命令加载驱动的时候，xxx_init 这个函数就会被调用。
module_exit() 函数用来向 Linux 内核注册一个模块卸载函数，参数xxx_exit就是需要注册的具体函数，当使 用 “rmmod” 命令卸载具体驱动的时候 xxx_exit 函数就会被调用。
字符设备驱动模块加载和卸载模板如下所示：
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
/* 入口函数具体内容 */
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{
/* 出口函数具体内容 */
}
// __init、__exit 定义在 inlucde/linux/init.h
// 声明在 inlucde/linux/init.h
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
驱动编译完成以后扩展名为 .ko，有两种命令可以加载驱动模块：insmod 和 modprobe，insmod 是最简单的模块加载命令，此命令用于加载指定的 .ko 模块，比如加载 drv.ko 这个驱动模块，命 令如下：
insmod drv.ko
insmod 命令不能解决模块的依赖关系，比如 drv.ko 依赖 first.ko 这个模块，就必须先使用 insmod 命令加载 first.ko 这个模块，然后再加载 drv.ko 这个模块。
但是 modprobe 就不会存在这个问题，modprobe 会分析模块的依赖关系，然后会将所有的依赖模块都加载到内核中，因此 modprobe 命令相比 insmod 要智能一些。modprobe 命令主要智能在提供了模块的依赖性分析、 错误检查、错误报告等功能，推荐使用modprobe 命令来加载驱动。modprobe 命令默认会去 /lib/modules/< kernel-version> 目录中查找模块，比如本书使用的 Linux kernel 的版本号为 4.1.15， 因此modprobe 命令默认会到 /lib/modules/4.1.15 这个目录中查找相应的驱动模块，一般自己制作的根文件系统中是不会有这个目录的，所以需要自己手动创建。
驱动模块的卸载使用命令 “rmmod” 即可，比如要卸载 drv.ko，使用如下命令即可：
rmmod drv.ko
也可以使用 “modprobe -r” 命令卸载驱动，比如要卸载 drv.ko，命令如下：
modprobe -r drv.ko
使用 modprobe 命令可以卸载掉驱动模块所依赖的其他模块，前提是这些依赖模块已经没有被其他模块所使用，否则就不能使用modprobe 来卸载驱动模块。所以对于模块的卸载，还是推荐使用 rmmod 命令。
1.2 字符设备注册与注销
对于字符设备驱动而言，当驱动模块加载成功以后需要注册字符设备，同样，卸载驱动模块的时候也需要注销掉字符设备。字符设备的注册和注销函数原型如下所示：
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)
static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
register_chrdev 函数用于注册字符设备，此函数一共有三个参数，这三个参数的含义如下：
major：主设备号，Linux 下每个设备都有一个设备号，设备号分为主设备号和次设备号两部分。
name：设备名字，指向一串字符串。
fops：结构体 file_operations 类型指针，指向设备的操作函数集合变量。
unregister_chrdev 函数用户注销字符设备，此函数有两个参数，这两个参数含义如下：
major：要注销的设备对应的主设备号。
name：要注销的设备对应的设备名。
一般字符设备的注册在驱动模块的入口函数 xxx_init( ) 中进行，字符设备的注销在驱动模块的出口函数 xxx_exit( ) 中进行。模板如下：
static struct file_operations test_fops;
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
/* 入口函数具体内容 */
int retvalue = 0;
/* 注册字符设备驱动 */
retvalue = register_chrdev(200, "chartest", &test_fops);
if(retvalue < 0){
/* 字符设备注册失败,自行处理 */
}
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{
/* 出口函数具体内容 */
/* 注销字符设备驱动 */
unregister_chrdev(200, "chartest");
}
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
1.3 实现设备的具体操作函数
file_operations 结构体就是设备的具体操作函数，我们定义了 file_operations 结构体类型的变量 test_fops，但是还没对其进行初始化，也就是初始化其中的 open、 release、read 和 write 等具体的设备操作函数。
添加基本操作，添加后内容如下：
/* 打开设备 */
static int chrtest_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/* 用户实现具体功能 */
return 0;
}
/* 从设备读取 */
static ssize_t chrtest_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
/* 用户实现具体功能 */
return 0;
}
/* 向设备写数据 */
static ssize_t chrtest_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
/* 用户实现具体功能 */
return 0;
}
/* 关闭/释放设备 */
static int chrtest_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/* 用户实现具体功能 */
return 0;
}
static struct file_operations test_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = chrtest_open,
.read = chrtest_read,
.write = chrtest_write,
.release = chrtest_release,
};
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
/* 入口函数具体内容 */
int retvalue = 0;
/* 注册字符设备驱动 */
retvalue = register_chrdev(200, "chartest", &test_fops);
if(retvalue < 0){
/* 字符设备注册失败,自行处理 */
}
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{
/* 出口函数具体内容 */
/* 注销字符设备驱动 */
unregister_chrdev(200, "chartest");
}
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
1.4 添加LICENSE 和作者信息
我们需要在驱动中加入 LICENSE 信息和作者信息，其中 LICENSE 是必须添加的，否则的话编译的时候会报错，作者信息可以添加也可以不添加。LICENSE 和作者信息的添加使用 如下两个函数：
MODULE_LICENSE() //添加模块LICENSE信息
MODULE_AUTHOR() //添加模块作者信息
添加后内容如下：
/* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
// 声明在 inlucde/linux/module.h
/* LICENSE 采用GPL 协议 */
MODULE_LICENSE("GPL");
1.5 创建设备节点文件
驱动加载成功需要在 /dev 目录下创建一个与之对应的设备节点文件，应用程序就是通过操作这个设备节点文件来完成对具体设备的操作。输入如下命令创建 /dev/chrdevbase 这个设备节 点文件：
mknod /dev/chrdevbase c 200 0
其中 “mknod” 是创建节点命令，“/dev/chrdevbase” 是要创建的节点文件，“c” 表示这是个字符设备，“200” 是设备的主设备号，“0” 是设备的次设备号。创建完成以后就会存在 /dev/chrdevbase 这个文件，可以使用 “ls /dev/chrdevbase -l” 命令查看，结果下所示：
/dev # ls /dev/chrdevbase -l
crw-r--r-- 1 0 0 200, 0 Jan 1 01:38 /dev/chrdevbase
如果想要读写 chrdevbase 设备，直接对 /dev/chrdevbase 进行读写操作即可。相当于 /dev/chrdevbase 这个文件是 chrdevbase 设备在用户空间中的实现。
如果不再使用某个设备的话可以将其驱动卸载掉，比如输入如下命令卸载掉 chrdevbase 这个设备：
rmmod chrdevbase.ko
卸载以后使用 lsmod 命令查看 chrdevbase 这个模块还存不存在。
/ # lsmod
Module Size Used by Tainted: G
chrdevbase 1282 0
/ # rmmod chrdevbase.ko
/ # lsmod
Module Size Used by Tainted: G
/ # ls /dev/chrdevbase -l
ls: /dev/chrdevbase: No such file or directory
/ #
二、杂项设备
linux里面的misc杂项设备是主设备号为10的驱动设备
定义头文件<linux/miscdevice.h>
2.1 杂项设备的结构体
struct miscdevice{
int minor; //杂项设备的此设备号(如果设置为MISC_DYNAMIC_MINOR，表示系统自动分配未使用的minor)
const char *name;
const stuct file_operations *fops;//驱动主题函数入口指针
struct list_head list;
struct device *parent;
struct device *this device;
const char *nodename;(在/dev下面创建的设备驱动节点)
mode_t mode;
};
2.2 注册和释放
注册：int misc_register(struct miscdevice *misc)
释放：int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
misc_device 是特殊字符设备。注册驱动程序时采用 misc_register 函数注册，此函数中会自动创建设备节点，即设备文件。无需 mknod 指令创建设备文件。因为 misc_register() 会调用 class_device_creat 或者 device_creat().
2.3 杂项字符设备和一般字符设备的区别
- 1.一般字符设备首先申请设备号。 但是杂项字符设备的主设备号为10次设备号通过结构体
struct miscdevice中的minor来设置。 - 2.一般字符设备要创建设备文件。 但是杂项字符设备在注册时会自动创建。
- 3.一般字符设备要分配一个
cdev（字符设备）。 但是杂项字符设备只要创建struct miscdevice结构即可。 - 4.一般字符设备需要初始化
cdev(即给字符设备设置对应的操作函数集struct file_operation). 但是杂项字符设备在结构体struct miscdevice中定义。 - 5.一般字符设备使用注册函数
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)（第一个参数为之前初始化的字符设备，第二个参数为设备号，第三个参数为要添加设备的个数） 而杂项字符设备使用int misc_register(struct miscdevice *misc)来注册
驱动调用的实质：
就是通过 设备文件 找到与之 对应设备号的设备，再通过设备初始化时绑定的操作函数对硬件进行控制的。
2.4 杂项设备驱动示例
2.4.1 驱动层注册
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define DEVICE_NAME "led_ctrl"
#define LED_NUM 4
// IOCTL命令定义
#define LED_ON _IO('L', 1)
#define LED_OFF _IO('L', 0)
static unsigned long led_table[] =
{
S3C2410_GPB(5),
S3C2410_GPB(6),
S3C2410_GPB(7),
S3C2410_GPB(8),
};
static unsigned int led_cfg_table[] =
{
S3C2410_GPIO_OUTPUT,
S3C2410_GPIO_OUTPUT,
S3C2410_GPIO_OUTPUT,
S3C2410_GPIO_OUTPUT,
};
//定义4个GPIO引脚（GPB5-GPB8）及其配置模式（输出模式）
static long led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int index = (int)arg;
if (index < 0 || index >= LED_NUM) {
return -EINVAL;
}
switch (cmd) {
case LED_ON:
s3c2410_gpio_setpin(led_table[index], 1);
break;
case LED_OFF:
s3c2410_gpio_setpin(led_table[index], 0);
break;
default:
return -ENOTTY;
}
return 0;
}
static struct file_operations dev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.unlocked_ioctl = phy_ioctl,
};
//unlocked_ioctl用于处理用户空间的ioctl请求
static struct miscdevice misc = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,// 动态分配次设备号
.name = "misc_phy", // 设备名（/dev/misc_phy）
.fops = &dev_fops, // 关联 file_operations
};
static int __init dev_init(void)
{
int ret;
int i;
for (i = 0; i < 4; i++)
{
//初始化GPIO为输出模式，并关闭LED（置0）
s3c2410_gpio_cfgpin(led_table[i], led_cfg_table[i]);
s3c2410_gpio_setpin(led_table[i], 0);
}
ret = misc_register(&misc);
printk(DEVICE_NAME " initialized\n");
return ret;
}
static void __exit dev_exit(void)
{
//注销设备
misc_deregister(&misc);
}
module_init(dev_init);
module_exit(dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("www.e-online.cc");
MODULE_DESCRIPTION("LEDS control for GT2440 Board");
该代码实现了一个混杂设备驱动（miscdevice），主要功能包括：
- GPIO初始化：配置开发板（如S3C2410）上的4个GPIO引脚为输出模式，用于控制LED。
- 用户空间交互：通过ioctl接口实现与用户空间的通信，支持读取PHY寄存器（代码中功能不完整）。
- 模块管理：支持动态加载和卸载内核模块。
2.4.2 用户空间测试
整体流程简单如下
int fd = open("/dev/misc_led", O_RDWR);
ioctl(fd, LED_ON, 0); // 打开第0号LED
ioctl(fd, LED_OFF, 0); // 关闭第0号LED
三、参考链接
字符设备：
Linux 驱动开发 三：字符设备驱动框架
杂项设备：
misc_register 杂项设备
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