第三章：字符设备驱动：Quick Reference

This chapter introduced the following symbols and header files. The list of the fields in struct file_operations and struct file is not repeated here.

本章介绍了设备驱动开发的核心头文件、数据类型、函数及宏，以下是关键内容的整理。该文内容在阅读本章的任何时刻都可以过来查阅。

1. 核心头文件

头文件路径	核心作用
<linux/types.h>	定义设备号基础类型 dev_t，以及 MAJOR()/MINOR()/MKDEV() 设备号操作宏。
<linux/fs.h>	驱动开发核心头文件，声明设备号分配 / 释放函数（如 register_chrdev_region）、struct file_operations/struct file/struct inode 结构，以及文件操作相关接口。
<linux/cdev.h>	管理字符设备核心结构 struct cdev，提供 cdev_alloc()/cdev_init()/cdev_add()/cdev_del() 等函数。
<linux/kernel.h>	提供内核基础工具，如 container_of 宏（通过结构体成员指针获取结构体指针）、printk 日志函数。
<asm/uaccess.h>	声明用户空间与内核空间数据传输函数，如 copy_from_user()/copy_to_user()，确保数据安全访问。
<linux/module.h>	模块开发基础头文件，定义 THIS_MODULE 宏（用于 file_operations/struct cdev 的 owner 字段）、module_init()/module_exit() 等模块入口宏。

2. 关键数据类型

数据类型	核心作用
dev_t	32 位设备号类型，包含 12 位主设备号和 20 位次设备号，用于唯一标识字符 / 块设备。
struct cdev	内核表示字符设备的核心结构，关联设备操作集（file_operations）与设备号，需通过 cdev_add() 注册到内核。
struct inode	内核表示文件元信息的结构，设备文件的 inode 中，i_rdev 存储设备号，i_cdev 指向对应的 struct cdev。

3. 核心函数与宏

函数 / 宏	所属头文件	核心作用
MAJOR(dev_t dev)	<linux/types.h>	从 dev_t 中提取主设备号。
MINOR(dev_t dev)	<linux/types.h>	从 dev_t 中提取次设备号。
MKDEV(major, minor)	<linux/types.h>	由主、次设备号组合生成 dev_t 类型设备号。
register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name)	<linux/fs.h>	静态分配设备号范围，适用于已知主设备号的场景。返回 0 成功，负数失败。
alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name)	<linux/fs.h>	动态分配设备号范围，dev 输出分配的起始设备号。返回 0 成功，负数失败。
unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count)	<linux/fs.h>	释放通过上述两个函数分配的设备号范围，需在模块清理时调用。
cdev_alloc(void)	<linux/cdev.h>	动态分配独立的 struct cdev 结构，...

4. 汇总表

头文件	函数 / 类型 / 宏	描述
linux/types.h	dev_t	内核中用于表示设备号的数据类型
	int MAJOR(dev_t dev)	从设备号中提取主设备号的宏
	int MINOR(dev_t dev)	从设备号中提取次设备号的宏
	dev_t MKDEV(unsigned int major, unsigned int minor)	从主设备号和次设备号构建 dev_t 的宏
linux/fs.h	编写设备驱动所需的 "文件系统" 头文件，声明了许多重要的函数和数据结构
	int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name)	用于分配字符设备号范围的函数，适用于已知所需主设备号的情况
	int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name)	动态分配字符设备号范围的函数
	void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count)	释放设备号范围的函数
	int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops)	旧版 (2.6 之前) 的字符设备注册函数，2.6 内核中仍有模拟但不推荐新代码使用。若主设备号不为 0 则直接使用，否则动态分配
	int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)	撤销由 register_chrdev 注册的设备。major 和 name 必须与注册时使用的值相同
	struct file_operations	大多数设备驱动使用的重要数据结构，包含字符驱动的方法
	struct file	表示一个打开的文件的结构
	struct inode	表示磁盘上一个文件的结构
linux/cdev.h	包含用于管理 cdev 结构的函数，cdev 结构在内核中表示字符设备
	struct cdev *cdev_alloc(void)	分配 cdev 结构的函数
	void cdev_init(struct cdev *dev, struct file_operations *fops)	初始化 cdev 结构的函数
	int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count)	向内核添加 cdev 结构的函数
	void cdev_del(struct cdev *dev)	从内核删除 cdev 结构的函数
linux/kernel.h	container_of(pointer, type, field)	一个便捷宏，用于从包含在某个结构中的字段的指针获取该结构的指针
asm/uaccess.h	声明内核代码用于在用户空间和内核空间之间移动数据的函数
	unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long count)	在用户空间和内核空间之间复制数据 (从用户空间到内核空间)
	unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long count)	在用户空间和内核空间之间复制数据 (从内核空间到用户空间)

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