第三章 scull 设备号

     进入第三章了，这一章的目标是写一个完成的字符设备驱动。书中以一个scull项目为例，开始介绍字符设备驱动。值得一提的是，scull不依赖于特定的硬件设备，其实对于scull来说，它的设施就是一片内存空间。作者让内存来充当这个驱动的硬件设备。就这一章来说，内存模拟了四个“设备”：scull0 to scull3。这四个设备是全局静态的。虽然他们是由内存组成的，我们把他们当做实际的设备就好了，因为它们用起来跟实际的设备其实也没有什么区别。

      对于像我这种初学者来说，很多概念都是新的，值得仔细研究。

      主设备号和次设备号。

      Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类（这个种类其实就是指使用了同一个驱动）的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3。

    内核中的dev_t类型（ 在<linux/types.h>中定义）用来记录设备号。用Source Insight追踪这个dev_t 类型之后，发现这个东西其实就等同于unsigned int。实际上，dev_t就是一个32位的量，它的高12位表示主设备号，低20位表示次设备号，就这么简单。<linux/kdev_t.h>中定义了几个宏，用于一些关于dev_t的操作，代码如下：

1 #define MINORBITS    20
2 #define MINORMASK    ((1U << MINORBITS) - 1)
3 
4 #define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
5 #define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
6 #define MKDEV(ma,mi)    (((ma) << MINORBITS) | (mi))

　　MAJOR用于获取主设备号，MINOR用于获取次设备号，MKDEV用于把你的主设备号和次设备号组织成dev_t的形式（主设备号为ma，次设备号为mi）。知道了dev_t的高12位表示主设备号和低20位表示次设备号之后，上面的代码要弄懂还是毫无压力的。

       要编写字符设备驱动的话，第一个要解决的问题就是得到一个或几个可用的设备号。获取设备号的方法有两个。直接指定设备号，使用int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name)函数。动态分配设备号，使用int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name)函数。既然有设备编号的分配，就自然有设备编号的释放了，void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count)用以释放设备编号。显然，结合第二章helloworld的内容，register_chrdev_region和alloc_chrdev_region在设备驱动的初始化函数中被调用，unregister_chrdev_region在设备驱动的退出函数中被调用。

       关于分配主设备号的方法选择，书上的建议是默认的使用动态分配，然后允许模块在加载时指定设备号（这里跟上一章的模块参数相关），指定了设备号之后，使用静态分配方法。源码如下：

 1 int scull_major =   SCULL_MAJOR;
 2 int scull_minor =   0;
 3 .
 4 .
 5 module_param(scull_major, int, S_IRUGO);
 6 module_param(scull_minor, int, S_IRUGO);
 7 .
 8 .
 9 int scull_init_module(void)
10 {
11     int result, i;
12     dev_t dev = 0;
13     if (scull_major) {
14         dev = MKDEV(scull_major, scull_minor);
15         result = register_chrdev_region(dev, scull_nr_devs, "scull");
16     } else {
17         result = alloc_chrdev_region(&dev, scull_minor, scull_nr_devs,
18                 "scull");
19         scull_major = MAJOR(dev);
20     }
21     if (result < 0) {
22         printk(KERN_WARNING "scull: can't get major %d\n", scull_major);
23         return result;
24     }
25 .
26 .
27 }

　　其中，SCULL_MAJOR的初值为0。

     动态分配设备号的问题在于不能提前创建设备节点，应为你还不知道你的设备号。不过在模块家在之后，这个编号可以在/proc/devices读取它。在insmod之后，在读取/proc/devices文件获取设备号，在创建设备节点就行了。

      相应的，源码中提供了一个scull_load脚本来替代insmod，先看代码：

 1 #!/bin/sh
 2 module="scull"
 3 device="scull"
 4 mode="664"
 5 # invoke insmod with all arguments we got
 6 # and use a pathname, as newer modutils don't look in . by default
 7 /sbin/insmod ./$module.ko $* || exit 1
 8 # remove stale nodes
 9 rm -f /dev/${device}[0-3]
10 major=$(awk "\\$2= =\"$module\" {print \\$1}" /proc/devices)
11 mknod /dev/${device}0 c $major 0
12 mknod /dev/${device}1 c $major 1
13 mknod /dev/${device}2 c $major 2
14 mknod /dev/${device}3 c $major 3
15 # give appropriate group/permissions, and change the group.
16 # Not all distributions have staff, some have "wheel" instead.
17 group="staff"
18 grep -q '^staff:' /etc/group || group="wheel"
19 chgrp $group /dev/${device}[0-3]
20 chmod $mode /dev/${device}[0-3]

　　在insmod加载模块之后，一个个的把设备节点创建好。major=$(awk "\\$2= =\"$module\" {print \\$1}" /proc/devices)这句的语义虽然不是很清楚，大致的作用就跟查询数据库差不多：从/proc/devices取出一条数据的第一个字段，条件为这条数据的第二个字段=$module，呵呵呵。

    /proc/devices的内容格式大致如下：

 1 Character devices:
 2 1 mem
 3 2 pty
 4 3 ttyp
 5 4 ttyS
 6 6 lp
 7 7 vcs
 8 10 misc
 9 13 input
10 14 sound
11 21 sg
12 180 usb
13 Block devices:
14 2 fd
15 8 sd
16 11 sr
17 65 sd
18 66 sd

　　第一个字段其实也就是主设备号了。通过在运行scull_load脚本时传递参数，还能够用静态的方法来分配设备号。