驱动开发--字符驱动设备2

字符设备驱动

1.定义

以字节流的形式进行访问，且只能顺序访问的设备，针对字符设备编写的驱动叫做字符设备驱动

2.字符设备框架

用户空间通过IO函数如open、read、write、close等函数接口，调用内核空间中的字符设备驱动函数中的用户自定义的open、read、write、close等函数，通过内核驱动函数去操控相应的字符设备。当设备驱动注册进内核时，内核会分配给注册的设备驱动一个编号，每注册一个设备驱动都会给一个新的编号，这个编号叫做设备号，设备号是设备驱动在内核中的身份标志。设备号是一个32位的数据，由主设备号和次设备号组成，主设备号用来标识一类设备，次设备号用来标识这一类设备中的其中一个设备，一般一类设备的主设备号是一样的，但是因为要标识该类设备下的不同设备，因此次设备号是不一致的。设备号中主设备号占据高12位，次设备号占据低20位。设备号=主设备号<<20|次设备号。当在注册驱动后会得到驱动对应的设备号，并且基于这个设备号会在内核文件系统中创建一个设备文件，这个设备文件起到了一个承上启下的作用，在用户空间中通过IO函数操作设备文件从而操控设备。

3.字符设备内部实现原理

用户空间调用IO函数打开设备文件后，系统为该设备文件分配一个inode号，inode号是文件系统中的唯一标识，同时也是索引当前文件的inode结构体的索引号，只要文件存在于文件系统中，内核一定会存在一个inode结构体，这个结构体内部存放了文件的相关信息，当驱动设备注册时，会申请一个设备号，设备号会被填充到inode结构体中。

当用户空间调用IO函数时，根据open传递的文件路径找到设备文件对应的inode结构体，根据inode结构体中的设备号从而在inode结构体成员的共用体成员找到字符设备驱动的对象指针，通过该字符设备指针找到该指针指向的字符设备对象结构体，从而找到该结构体中的操作方法结构体指针，根据操作方法结构体指针回调对应的文件操作方法，从而控制硬件设备。

设备号是驱动存在在内核的标识，是连接设备驱动和设备文件的纽带，用户空间调用IO函数，找到设备文件的inode结构体，再通过设备号，找到相应的驱动对象结构体，通过驱动对象结构体中的操作方法结构体，找到对应的设备文件操作方法函数，回调该函数，从而控制硬件。

注册字符设备驱动步骤：

<1>分配字符设备驱动对象空间

<2>初始化字符设备驱动成员--指向字符设备驱动对象的指针和操作方法结构体

<3>申请设备号--为了将设备文件和字符驱动通过设备号连接起来

<4>将字符设备驱动注册进内核

代码实例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "led.h"
struct cdev *cdev;
unsigned int major=500;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
struct class *cls;
struct device * dev;
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}

long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
//定义操作方法结构体变量并赋值
struct file_operations fops={

    .open=mycdev_open,
    .unlocked_ioctl=mycdev_ioctl,
    .release=mycdev_close,
};

static int __init mycdev_init(void)
{
    int ret,i;
    //1.分配对象空间
    cdev=cdev_alloc();
    if(cdev==NULL)
    {
        printk("分配字符设备驱动对象失败\n");
        ret=-EFAULT;
        goto OUT1;
    }
    printk("分配对象空间成功\n");
    //2.初始化对象
    cdev_init(cdev,&fops);
    //3.申请设备号
    if(major>0)//静态指定设备号
    {
        ret= register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"myled");
        if(ret)
        {
            printk("静态指定设备号失败\n");
            goto OUT2;
        }
    }
    else if(major==0)//动态申请设备号
    {
        ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"myled");
        if(ret)
        {
            printk("动态申请设备号失败\n");
            goto OUT2;
        }
        //获取主设备号和次设备号
        major=MAJOR(devno);
        minor=MINOR(devno);
    }
    printk("申请设备号成功\n");
    //4.注册字符设备驱动对象
    ret=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);
    if(ret)
    {
        printk("注册字符设备驱动对象失败\n");
        goto OUT3;
    }
    printk("注册字符设备驱动对象成功\n");
    //向上提交目录
    cls=class_create(THIS_MODULE,"myled");
    if(IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录失败\n");
        ret=-PTR_ERR(cls);
        goto OUT4;
    }
    printk("向上提交目录成功\n");
    //向上提交设备节点信息
    for(i=0;i<3;i++)
    {
         dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"myled%d",i);
         if(IS_ERR(dev))
         {
            ret=-PTR_ERR(dev);
            goto OUT5;
         }
    }
    printk("向上提交设备节点成功\n");
    //完成硬件寄存器地址的映射以及初始化
    return 0;
OUT5:
    //释放已经申请的设备节点信息
    for(--i;i>=0;i--)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    //释放目录空间
    class_destroy(cls);
OUT4:
    //注销字符设备驱动对象
    cdev_del(cdev);
OUT3:
    //释放设备号
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
OUT2:
//释放对象空间
    kfree(cdev);
OUT1:
    return ret;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //销毁设备节点
    int i;
    for(i=0;i<3;i++)
    {
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    //释放目录空间
    class_destroy(cls);
    //1.注销字符设备驱动对象
     cdev_del(cdev);
    //2.释放设备号
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
    //3.释放对象空间
     kfree(cdev);
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");