Linux內核驅動學習（三）字符型設備驅動之初體驗
linux字符型設備驅動之初體驗
文章目錄
Linux字符型設備驅動之初體驗
前言
框架
字符型設備
程序實現
cdev
kobj
owner
file_operations
dev_t
設備注冊過程
申請設備號
注冊設備
register_device
如何構建
模塊編譯
內核編譯
Makefile
Kconfig
總結
參考
前言
驅動總共分為字符型設備驅動，塊設備驅動，網絡設備驅動。對于字符型設備驅動的資料，網上比較多，《Linux Kernel Driver》這本書可以了解一下，對于學習Linux驅動有很大的幫助，當然還有很多優秀的書籍，暫不一一列舉，本文簡單總結了在學習字符型設備驅動的過程中遇到的問題，以及對該類驅動的理解。
框架
字符型設備
什么是字符型設備？字符型以字符(Byte/Char)為單位進行數據傳輸的設備，如鍵盤，串口等等設備，所以Linux環境編程中文件I/O進行操作的系統接口如open，read，write，close等等，在字符型設備驅動中同樣需要支持這些接口。這里會用到file_operations結構體，在后面會講到。
程序實現
下面是一個簡單字符型設備驅動程序，可以在系統注冊一個字符型設備驅動，目前未實現open，read，write，close等接口。
#include
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cdev
在linux/cdev.h中可以閱讀相關字符型設備驅動的信息，其中包括cdev結構體可以做一下分析，先定位到源碼做一下分析
#ifndef _LINUX_CDEV_H #define _LINUX_CDEV_H #include
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其中包括結構體cdev和cdev的一系列函數接口cdev_init，cdev_alloc，cdev_put，cdev_add，cdev_del，cd_forget。
kobject是所有設備驅動模型的基類，而cdev可以理解為是它的派生類，這里使用了面向對象的思想，通過訪問cdev中的kobj成員，就能使用kobject中所有功能。關于kobject的詳細內容可以參考內核文檔Documentation/kobject.txt。
首先明確一點的是owner是struct module的指針變量，owner=THIS_MODULE;，這里將指針指向當前的模塊，關于THIS_MODULE以及struct module的知識可以參考這篇博客。
這個結構體位于/linux/include/fs.h，代碼如下。
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 (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *); 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 **, void **); long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset, loff_t len); void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f); #ifndef CONFIG_MMU unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *); #endif };
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在file_operations定義了很多I/O操作接口，這里同樣使用了面向對象編程的思想，每個接口可以在重新定義file_operations結構體變量的時候，重新賦于自定義功能的函數，如下，可以理解read，write，open，unlocked_ioctl，release是對抽象函數的實現。
static const struct file_operations cnc_character_ops = { .owner = THIS_MODULE, .read = cnc_character_read, .write = cnc_character_write, .open = cnc_character_open, .unlocked_ioctl = cnc_character_unlocked_ioctl, .release = cnc_character_release, };
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設備注冊過程
設備的初始化在函數cnc_character_init中完成具體的功能實現，主要分為兩個部分，設備號的申請和設備的注冊。其中設備注冊單獨封裝到register_device函數中。
dev_t devno = MKDEV(major_dev_index, 0); if(major_dev_index){ ret = register_chrdev_region(devno, 1, "cnc_character"); }else{ ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "cnc_character"); major_dev_index = MAJOR(devno); }
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character_dev = kmalloc(sizeof(struct cnc_character_st),GFP_KERNEL); if(!character_dev){ printk("%s failed malloc character_dev call\n",__func__); ret = -ENOMEM; goto failed; }else{ printk("%s success malloc character_dev call\n",__func__); } register_device(character_dev,major_dev_index,0);
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在register_device中，主要用到了cdev提供的函數接口。
cdev_init初始化一個字符型設備并傳入自定義的file_operations類型變量cnc_character_ops。
cdev_add將初始化的字符型設備添加到內核，并分配已經申請好的設備號。
static int register_device(struct cnc_character_st *mdev,int major_dev_index,int minor_dev_index){ int ret = 0; int dev_no = MKDEV(major_dev_index, minor_dev_index); // 初始化dev cdev_init(&mdev->device, &cnc_character_ops); mdev->device.owner = THIS_MODULE; ret = cdev_add(&mdev->device,dev_no,1); if(ret){ printk(KERN_ERR "cdev add device failed\n"); } return ret; }
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如何構建
模塊編譯
使用這個Makefile
KVERS = $(shell uname -r) # Kernel modules obj-m += demo_character.o # Specify flags for the module compilation. EXTRA_CFLAGS=-g -O0 build: kernel_modules kernel_modules: make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) modules clean: make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) clean
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內核編譯
obj-$(CONFIG_DEMO_CHARACTER_DRIVER) +=demo_character.o
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menuconfig DEMO_DRIVERS tristate "demo drivers" config DEMO_CHARACTER_DRIVER tristate "the most simplest character driver" help character driver endif
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總結
總體上來說，字符型設備驅動框架還是相對簡單的，通過這次學習加深了對cdev的認識和linux內核源碼中面向對象的設計思想，但是這里還沒有對devfs和sysfs做相應的介紹，后面繼續學習這兩者的區別以及總線驅動模型，總之，加油吧。
參考
https://blog.csdn.net/lucky_liuxiang/article/details/83413946
https://www.cnblogs.com/helloahui/p/3677192.html
https://blog.csdn.net/jk110333/article/details/8563647
Linux
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