linux字符设备驱动框架

1. 主设备号和次设备号

Linux下一个设备都有主设备号和次设备号。主设备和次设备号统称设备号，而VxWorks中没有设备号这种用法，Linux下主设备号用来表示一个特定的驱动。次设备号用来表示该驱动程序所驱动的各个设备。

2. 初识cdev结构

在Linux内核中使用cdev结构体来描述字符设备，该结构体是所有字符设备的抽象，其中包含了大量的字符设备的共性，如下：struct cdev { struct kobject kobj; //内嵌的kobject结构，用于内核设备驱动模型的管理 struct module *owner; //指向包含该结构的模块的指针，用于引用计数 const struct file_operations *ops; //指向字符设备操作函数集合 struct list_head list; //该结构将使用驱动的字符设备连接成一个链表 dev_t dev; //该字符设备的起始设备号，一个设备可能有多个设备号 unsigned int count; //使用该字符设备驱动的设备数量 };

• kobject结构用于内核管理字符设备，驱动开发人员一般不使用该成员。
• ops是指向file_operations结构的指针，该结构定义了操作字符设备的函数。
• dev用来存储字符设备所申请的设备号。
• count表示目前有多少个字符设备在使用该驱动。当使用rmmod卸载模块的时候，若count成员不为0，那么系统不允许卸载模块
• list是一个双向的链表，用于将其他的结构体连接成一个双向链表。
  struct list_head{struct list_head *prev, *next;}

2.2 file_operations结构体

file_operations是一个对设备进行操作的抽象结构体，Linux内核的设计非常巧妙，内核允许为设备建立一个设备文件，对设备文件的所有操作，就相当于对设备进行操作。这一点Vxworks与Linux相似，也是建立一个设备文件，然后将对设备的操作映射到这个设备文件上来。Linux中file_operations的功能很多，该结构的定义目前比较庞大，而Vxworks中则要小的多。Vxworks使用iosDrvInstall()函数向I/O子系统注册驱动的函数。对于file_operations中的功能不必全部实现。

2.3 cedv和file_operations结构体的关系

通常驱动开发人员会将特定的数据结构放到cdev结构体之后，在定义一个新的结构体，自定义字符设备结构中就包含cdev这个特定的结构(vxWorks中类似的定义就是会为每一个设备定义一个设备头DEV_HDR结构体，该结构体必须是自定义结构体的第一个成员)。cdev结构体中有一个指向file_operations的指针，这个指针指向的函数就可以用来操作硬件，或者是自定义字符设备中的其他数据，从而起到控制设备的作用。

3. 字符设备驱动的组成

3.1 字符设备加载和卸载

在字符设备的加载中，应该要实现字符设备号的申请和cdev的注册。在字符设备的卸载时，应该要实现字符设备号的释放和cedv的注销。

4.设备实例：系统CMOS

下面实现的是一个字符设备驱动程序用来访问系统的CMOS。在PC兼容的硬件(如下如)上的BIOS使用CMOS存储系统信息，如启动选项、引导顺序、系统数据等，我们可以通过BIOS设置菜单对其进行配置。借助CMOS设备驱动程序，你可以像访问普通文件一样访问两个PC CMOS存储体。应用程序可以在/dev/cmos/0和/dev/coms/1上运行，使用I/O系统调用访问两个存储体当中的数据。因为BIOS分配给CMOS域的存储粒度是比特级别的，所以驱动程序能够进行比特级的访问，因此，read()可以获得指定数目的比特，并根据读取的比特数移动内部文件的指针。

PC兼容系统上的CMOS

通过两个I/O地址（一个索引寄存器，一个数据寄存器）访问CMOS，如下所示，必须要在索引寄存器中指定准备访问的CMOS存储器的偏移，并通过数据寄存器来交换数据。

CMOS中寄存器分布

先进行一些基本的定义：

设备的初始化过程如下：

init过程

初始化首先调用 alloc_chrdev_region()

1. 动态申请一个未使用的主设备号，若调用功，dev_number中存放的就是主设备号。第二个参数是设备的起始次设备号，第三个参数是支持的次设备号数目，最后一个参数是和CMOS关联的设备名称，它将会出现在/proc/devices中.
2. class_create()为此设备构建sysfs的入口点。
3. cdev_init()将文件操作(cmos_fops)和cdev关联.
4. cdev_add()将通过alloc_chrdev_region()分配的主/次设备号和cdev连接在一起。