20150226 IMX257 混杂设备miscdevice驱动程序

20150226 IMX257 混杂设备miscdevice驱动程序

2015-02-26 16:00 李海沿

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

 

一、混杂设备介绍

1. miscdevice结构体

struct miscdevice { int minor; //次设备号 const char *name; //设备的名称 const struct file_operations *fops; //文件操作 struct list_head list; //misc_list的链表头 struct device *parent; //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈) struct device *this_device; //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到 };

 

2. misc子系统初始化函数

static int __init misc_init(void)    {        int err;         #ifdef CONFIG_PROC_FS        /*创建一个proc入口项*/       proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);                    #endif        /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/       misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");        err = PTR_ERR(misc_class);        if (IS_ERR(misc_class))            goto fail_remove;              err = -EIO;       /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/        if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))            goto fail_printk;        return 0;          fail_printk:        printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);        class_destroy(misc_class);    fail_remove:        remove_proc_entry("misc", NULL);        return err;    }    /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/   subsys_initcall(misc_init);

 

下边是register_chrdev函数的实现：

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,               const struct file_operations *fops)   {       struct char_device_struct *cd;       struct cdev *cdev;       char *s;       int err = -ENOMEM;       /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/       cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);       if (IS_ERR(cd))           return PTR_ERR(cd);       /*分配字符设备*/       cdev = cdev_alloc();       if (!cdev)           goto out2;            cdev->owner = fops->owner;       cdev->ops = fops;       /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/       kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);       for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))           *s = '!';       /*把这个字符设备注册到系统中*/          err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);       if (err)           goto out;            cd->cdev = cdev;            return major ? 0 : cd->major;   out:       kobject_put(&cdev->kobj);   out2:       kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));       return err;   }

 

来看看这个设备的操作函数的集合：

static const struct file_operations misc_fops = {        .owner      = THIS_MODULE,        .open       = misc_open,    };

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)    {        int minor = iminor(inode);        struct miscdevice *c;        int err = -ENODEV;        const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;                 lock_kernel();        mutex_lock(&misc_mtx);        /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/       list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {            if (c->minor == minor) {                new_fops = fops_get(c->fops);                        break;            }        }                      if (!new_fops) {            mutex_unlock(&misc_mtx);            /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/           request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);            mutex_lock(&misc_mtx);            /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/           list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {                if (c->minor == minor) {                    new_fops = fops_get(c->fops);                    break;                }            }            if (!new_fops)                goto fail;        }              err = 0;        /*保存旧打开函数的地址*/       old_fops = file->f_op;        /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/       file->f_op = new_fops;        if (file->f_op->open) {           /*使用具体设备的打开函数打开设备*/            err=file->f_op->open(inode,file);            if (err) {                fops_put(file->f_op);                file->f_op = fops_get(old_fops);            }        }        fops_put(old_fops);    fail:        mutex_unlock(&misc_mtx);        unlock_kernel();        return err;    }

 

3. misc子注册函数

并且会自动生成设备节点

int misc_register(struct miscdevice * misc)    {        struct miscdevice *c;        dev_t dev;        int err = 0;        /*初始化misc_list链表*/       INIT_LIST_HEAD(&misc->list);        mutex_lock(&misc_mtx);        /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/       list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {            if (c->minor == misc->minor) {                mutex_unlock(&misc_mtx);                return -EBUSY;            }        }        /*看是否是需要动态分配次设备号*/       if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {           /*           *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */            *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];             *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，            *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。                   */           int i = DYNAMIC_MINORS;            while (--i >= 0)                if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)                    break;            if (i<0) {                mutex_unlock(&misc_mtx);                return -EBUSY;            }            /*得到这个次设备号*/           misc->minor = i;                                                }        /*设置位图中相应位为1*/       if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)            misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);        /*计算出设备号*/       dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);        /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/       misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,                          "%s", misc->name);        if (IS_ERR(misc->this_device)) {            err = PTR_ERR(misc->this_device);            goto out;        }              /*        * Add it to the front, so that later devices can "override"        * earlier defaults        */        /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/       list_add(&misc->list, &misc_list);     out:        mutex_unlock(&misc_mtx);        return err;    }

misc_register:

匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设号->创建设备文-

miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

 

 

4. misc子卸载函数

int misc_deregister(struct miscdevice *misc)    {        int i = misc->minor;              if (list_empty(&misc->list))            return -EINVAL;              mutex_lock(&misc_mtx);        /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/       list_del(&misc->list);          /*删除设备节点*/                                 device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));                  if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {           /*释放位图相应位*/            misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));        }        mutex_unlock(&misc_mtx);        return 0;    }

misc_deregister:

从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。

 

 

二、代码分析

1. 包含头文件：

#include <linux/miscdevice.h>

2. 定义混杂设备结构体以及实现相关的file_operation函数

 

3. 最后分别在init函数和exit函数中卸载

 

4. 编译测试

我们使用 ll /dev/key_misc 查看 其 设备的详细信息 可以发现其主设备号为10 次设备号110

然后 cat /proc/misc 查看当前混杂设备列表，发现我们的key_misc 110 当然还设有gpio dma等都使用混杂设备

 本文部分知识点摘自 http://tomhibolu.iteye.com/blog/1214940

 

附驱动程序代码：

 

 1 /******************************
 2     misc device
 3  *****************************/
 4 #include <linux/module.h>
 5 #include <linux/init.h>
 6 #include <linux/kernel.h>
 7 #include <linux/delay.h>
 8 #include <linux/types.h>
 9 #include <linux/ioctl.h>
10 #include <linux/gpio.h>
11 #include <linux/fs.h>
12 #include <linux/device.h>
13 #include <linux/miscdevice.h>
14 
15 #define Driver_NAME "key_misc"
16 #define Driver_minor 110
17 
18 /* 应用程序对设备文件/dev/key_query执行open(...)时，
19  * 就会调用key_open函数*/
20 static int key_open(struct inode *inode, struct file *file){
21     printk("<0>function open!\n");    
22     return 0;
23 }
24 static int key_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp){
25     printk("<0>function read!\n");    
26     return 0;
27 }
28 static ssize_t key_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos){
29     printk("<0>function write!\n");    
30     return 1;
31 }
32 
33 /* 这个结构是字符设备驱动程序的核心
34  * 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数，
35  * 最终会调用这个结构中指定的对应函数
36  */
37 static struct file_operations key_fops = {
38     .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
39     .open   =   key_open,     
40     .read    =    key_read,       
41     .write    =    key_write,       
42 };
43 
44 /*混杂设备结构体*/
45 static struct miscdevice key_misc = {
46     .minor = Driver_minor,            //次设备号
47     .name = Driver_NAME,        //混杂设备名字
48     .fops = &key_fops,        //操作指针
49 };
50 
51 /*
52  * 执行insmod命令时就会调用这个函数 
53  */
54 static int __init key_init(void)
55 {
56     printk("<0>\nHello,this is %s module!\n\n",Driver_NAME);
57     
58     misc_register(&key_misc);
59     return 0;
60 }
61 
62 /*
63  * 执行rmmod命令时就会调用这个函数 
64  */
65 static void __exit key_exit(void)
66 {
67     printk("<0>\nGoodbye,%s!\n\n",Driver_NAME);
68     
69     misc_register(&key_misc);
70 }
71 
72 /* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
73 module_init(key_init);
74 module_exit(key_exit);
75 
76 /* 描述驱动程序的一些信息，不是必须的 */
77 MODULE_AUTHOR("Lover雪");
78 MODULE_VERSION("0.1.0");
79 MODULE_DESCRIPTION("IMX257 key Driver");
80 MODULE_LICENSE("GPL");

View Code

注： 程序中有一个错误： 在exit函数中应该为  misc_unregister ,此处写错了，大家记得改过来