Linux字符设备驱动

一、字符设备驱动结构

1. cdev结构体

在Linux内核中，使用cdev结构体来描述一个字符设备

struct cdev {
   
	struct kobject kobj;	//内嵌kobject对象
	struct module *owner;	//所属的模块
	const struct file_operations *ops;	//该设备的文件操作结构体
	struct list_head list;
	dev_t dev;	//设备号
	unsigned int count;
};

cdev相关的操作

cdev_init: 初始化cdev的函数，实际上就是将cdev和file_operation进行关联

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops)
{
   
	memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
	INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
	kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
	cdev->ops = fops; /*  将传入的文件操作结构体指针赋值给 cdev 的 ops*/
}

cdev_alloc: 动态申请一个cdev

struct cdev *cdev_alloc(void)
{
   
	struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
	if (p) {
   
		INIT_LIST_HEAD(&p->list);
		kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);
	}
	return p;
}

cdev_add/cdev_del： 向内核中添加/删除cdev，即对设备的注册和注销。通常发生在加载/卸载模块时

设备号
cdev结构体的dev_t定义了设备号，前12bit代表主设备号，后20bit代表次设备号。同一驱动可支持多个同类设备，因此同一类设备一般使用相同的主设备号，次设备号从0开始用来描述驱动的不同设备序号

MKDEV(int major, int minor)		//组成一个设备号
MAJOR(dev_t dev)	//获取主设备号
MINOR(dev_t dev)	//获取次设备号

在调用cdev_add函数注册设备之前，需要先申请设备号

//已知设备号时使用，直接申请
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
//未知设备号时使用，向内核申请一个未被占用的设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,
const char *name);

在调用cdev_del函数注销设备前，需要释放设备号

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

2. file_operation结构体

应用程序调用的open/read/write等函数，最终时调用的对应设备的file_operation结构体中的对应函数，所以驱动程序设计的主题内容就是实现file_operation结构体中的成员函数

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 (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	long