【Linux设备驱动读书笔记】 -- 02、字符驱动

1. 驱动的设计

• 本章目标：设计驱动scull操作内存，就像操作一个设备
• 驱动的第一步是定义驱动将要提供给用户程序的能力
• 4个设备：scull0~scull3，每个由一个全局永久的内存区组成，可共享，数据不丢失
• 4个FIFO设备：scullpipe0~scullpipe3，一个进程读来自另一个进程写，多个设备会竞争数据
•                         scullpipe内部有阻塞和非阻塞读写的具体实现
• 以下这些设备与scull0相似：
• scullsingle：一次只允许一个进程使用驱动
• scullpriv：对每个虚拟终端（或x终端会话）是私有的
• sculluid：可多次打开，但是一次只能是一个用户，另一用户锁着设备，返回设备忙错误
• scullwuid：可多次打开，但是一次只能是一个用户，另一用户锁着设备，实现阻塞打开

2. 主次编号

• 设备文件存位于 /dev
• 字符设备标志是 c，快设备的标志是 b
• 主设备号标识设备相连的驱动，linux允许多个驱动共享主编号
• 次编号被用来决定引用哪个设备
• dev_t 用来表示设备号（包括主次设备号，主12bit，次20bit）
• <linux/kdev_t.h>定义的宏表示主次设备号，MAJOR(dev_t dev)，MINOR(dev_t dev)
• 若直接有主次编号，需要调用 MKDEV(int major, int minor)

   分配和释放设备编号

• 获取设备编号来使用，在 <linux/fs.h>中声明：

        int  register_chrdev_region(dev_t first,  unsigned int count,  char *name);

• first 是起始设备编号，first的次设备标号通常是0
• count 是请求链接设备编号的总数
• name 是应当来链接到这个设备的设备名字，它出现在 /proc/devices 和 sysfs 中
• 成功返回0，错误返回错误码

  

• 动态分配一个主编号：

         int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned count, char *name);

• dev 在函数成功返回分配的第一个数
• firstminor 请求的第一个要用的次编号，通常是0
• count 和 name 同上一个函数

 

• 设备编号的释放：

       void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); 

• 该函数通常在模块cleanup的函数内

    重要的数据结构file_operation

• file_operation 结构，定义在 <linux/fs.h>，是一个函数指针的集合，负责实现系统调用，有open、read等
• 常遇到 __user，是一种文档形式，可以被外部检查软件使用来找出对用户空间地址的错误使用
• struct module *owner;                              // 是一个指向拥有这个结构的模块的指针，用来在它正在被使用时阻止模块被卸载
•                                                                 // 几乎都被初始化为 THIS_MODULE，一个定义在 <linux/module.h> 中的宏
• loff_t (*llseek) (struct file *, lott_t, int);     // 用作改变文件中的当前读/写位置，新位置（正）作为返回值，lott_t 类型是 long offset（32位系统至少有64位宽）
•                                                                // 错误返回负数，若该函数指针时NULL，seek调用会无法预知地改变file结构中的位置计数器
• ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
•                                                                // 用作从设备中读取数据，若该指针为NULL，则read系统调用以 -EINVAL 失败
•                                                                // 非负的返回值，代表成功读取的字节数(signed size类型，目标平台的整数类型)
• size_t (*aio_read) (struct kiocb *, char __user *, size_t, loff_t);
•                                                               // 初始化一个异步读，可能在函数返回前不结束读操作，若为NULL，所有读操作会被read（同步读）代替
• ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
•                                                               // 发送数据给设备，若为NULL，write系统调用会返回 -EINVAL
•                                                               // 非负的返回值，代表成功写的字节数
• ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const char __user *, size_t, loff_t *);
•                                                               // 初始化设备上一个异步写
• int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); // 对于设备文件这个成员应当为NULL，用它来读取目录，并且对文件系统有用
• unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
•                                                              //