Linux驱动——设备模型
目录
一、起源
二、新方案
2.1 sysfs:
2.2 uevent
三、代码中自动mknod
四、实例
一、起源
仅devfs，导致开发不方便以及一些功能难以支持：（硬编）
1. 热插拔（插上usb设备就立马能安装驱动）
2. 不支持一些针对所有设备的统一操作（如电源管理）
3. 不能自动mknod
4. 用户查看不了设备信息
5. 设备信息硬编码，导致驱动代码通用性差，即没有分离设备和驱动
内核2.6开始引入总线式开发解决这些问题。3.0开始引入设备树。
二、新方案
device+driver结合形成驱动，device内只有设备信息，driver内是一些操作。
uevent机制：sysfs + uevent + udevd（上层app）
uevent是一种通信机制用来解决热插拔的问题。上层还有一个比udevd差一点的mdevd。
2.1 sysfs:
一种用内存模拟的文件系统，系统启动时mount到/sys目录
sysfs用途：（类似于windows的设备管理器）
1. 建立系统中总线、驱动、设备三者之间的桥梁
2. 向用户空间展示内核中各种设备的拓扑图
3. 提供给用户空间对设备获取信息和操作的接口，部分取代ioctl功能
| **sysfs在内核中的组成要素** | **在用户空间/sys下的显示** |
| --------------------------- | -------------------------- |
| 内核对象（kobject） | 目录 |
| 对象属性（attribute） | 文件 |
| 对象关系（relationship） | 链接（Symbolic Link） |
四个基本结构
| **类型** | **所包含的内容** | **内核数据结构** | **对应/sys项** |
| ------------- | ------------------------------------------------------- | -------------------- | ----------------------- |
| 设备(Devices) | 设备是此模型中最基本的类型，以设备本身的连接按层次组织 | struct device | /sys/devices/?/?/.../ |
| 驱动(Drivers) | 在一个系统中安装多个相同设备，只需要一份驱动程序的支持 | struct device_driver | /sys/bus/pci/drivers/?/ |
| 总线(Bus) | 在整个总线级别对此总线上连接的所有设备进行管理 | struct bus_type | /sys/bus/?/ |
| 类别(Classes) | 这是按照功能进行分类组织的设备层次树；如 USB 接口和 PS/2 接口的鼠标都是输入设备，都会出现在/sys/class/input/下 | struct class | /sys/class/?/ |
最核心的只有这四个，剩下的都是针对某一块，比如block是块设备，fs是文件系统，module是模块。。。。。
目录组织结构：
| **/sys下的子目录** | **所包含的内容** |
| ------------------ | ------------------------------------------------------------ |
| /sys/devices | 这是内核对系统中所有设备的分层次表达模型，也是/sys文件系统管理设备的最重要的目录结构； |
| /sys/dev | 这个目录下维护一个按字符设备和块设备的主次号码(major:minor)链接到真实的设备(/sys/devices下)的符号链接文件； |
| /sys/bus | 这是内核设备按总线类型分层放置的目录结构， devices 中的所有设备都是连接于某种总线之下，在这里的每一种具体总线之下可以找到每一个具体设备的符号链接，它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |
| /sys/class | 这是按照设备功能分类的设备模型，如系统所有输入设备都会出现在/sys/class/input 之下，而不论它们是以何种总线连接到系统。它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |
| /sys/kernel | 这里是内核所有可调整参数的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的slab 分配器等几项较新的设计在使用它，其它内核可调整参数仍然位于sysctl(/proc/sys/kernel) 接口中； |
| /sys/module | 这里有系统中所有模块的信息，不论这些模块是以内联(inlined)方式编译到内核映像文件(vmlinuz)中还是编译为外部模块(ko文件)，都可能会出现在/sys/module 中 |
| /sys/power | 这里是系统中电源选项，这个目录下有几个属性文件可以用于控制整个机器的电源状态，如可以向其中写入控制命令让机器关机、重启等。 |
2.2 uevent
新方案中bus既提供通信方式，也是device和driver的管理者。
三、代码中自动mknod
```c struct class *class_create(struct module *owner, const char *name); /* * 功能：在/sys/class生成一个目录,目录名由name指定 * 参数： struct module *owner - THIS_MODULE const char *name - 目录名 * 返回值 成功：class指针 失败：NULL */ /* 辅助接口：可以定义一个struct class 的指针变量cls来接受返回值，然后通过IS_ERR(cls)判断是否失败； IS_ERR(cls);成功----------------->0 IS_ERR(cls);失败----------------->非0 PTR_ERR(cls);来获得失败的返回错误码； */ ```
```c void class_destroy(struct class *cls) /* * 功能：删除class_create生成目录 * 参数： struct class *cls - class指针 * 返回值 */ ``````c struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...) /* * 功能：在/sys/class目录下class_create生成目录再生成一个子目录与该设备相对应，发uevent让应用程序udevd创建设备文件 * 参数： struct class *class - class指针 struct device *parent - 父对象，一般NULL dev_t devt - 设备号 void *drvdata - 驱动私有数据，一般NULL const char *fmt - 字符串的格式 ... - 不定参数 * 返回值 成功：device指针 失败：NULL */ ```
```c void device_destroy(struct class *class, dev_t devt) /* * 功能：删除device_create生成目录 * 参数： struct class *class - class指针 dev_t devt - 设备号 * 返回值 */ ```
四、实例
在之前的秒设备上添加自动mknod
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int major = 11;
int minor = 0;
int mysecond_num = 1;
struct mysecond_dev
{
struct cdev mydev;
int second;
struct timer_list mytimer;
/*Define atomic variables || 1 can open, 0 can not open*/
atomic_t openflag;
/*automatic create mknod*/
struct class *pcls;
struct device *pdev;
};
struct mysecond_dev gmydev;
void timer_func(unsigned long arg)
{
struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)arg;
pmydev->second++;
mod_timer(&pmydev->mytimer, jiffies + HZ * 1);
}
int mysecond_open(struct inode *pnode, struct file *pfile)
{
struct mysecond_dev *pmydev = NULL;
pfile->private_data = (void *) (container_of(pnode->i_cdev, struct mysecond_dev, mydev));
pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;
if(atomic_dec_and_test(&pmydev->openflag))
{
pmydev->mytimer.expires = jiffies + HZ * 1;
pmydev->mytimer.function = timer_func;
pmydev->mytimer.data = (unsigned long)pmydev;
add_timer(&pmydev->mytimer);
return 0;
}
else
{
atomic_inc(&pmydev->openflag);
printk("The device is opened already\n");
return -1;
}
return 0;
}
int mysecond_close(struct inode *pnode, struct file *pfile)
{
//printk("mysecond_close\n");
/*C90 requires printk after the variable declaration*/
struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;
del_timer(&pmydev->mytimer);
atomic_set(&pmydev->openflag,1);
return 0;
}
ssize_t mysecond_read(struct file *pfile, char __user *puser, size_t size, loff_t *p_pos)
{
struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;
int ret = 0;
if(size < sizeof(int))
{
printk("the expect read size is invalid\n");
return -1;
}
if(size >= sizeof(int))
{
size = sizeof(int);
}
ret = copy_to_user(puser, &pmydev->second, size);
if(ret)
{
printk("copy to user failed\n");
return -1;
}
return size;
}
struct file_operations myops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = mysecond_open,
.release = mysecond_close,
.read = mysecond_read,
};
int __init mysecond_init(void)
{
int ret = 0;
dev_t devno = MKDEV(major,minor);
/*Apply for device number*/
ret = register_chrdev_region(devno, mysecond_num, "mysecond");
if(ret)
{
ret = alloc_chrdev_region(&devno, minor, mysecond_num, "mysecond");
if(ret)
{
printk("get devno failed\n");
return -1;
}
major = MAJOR(devno);//Easy to miss *****
}
/*Assign the 'struct cdev' a set of operation functions*/
cdev_init(&gmydev.mydev, &myops);
/*Add 'struct cdev' to the kernel's data structure*/
gmydev.mydev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&gmydev.mydev, devno, mysecond_num);//add to Hash.
init_timer(&gmydev.mytimer);
/*initialize the atomic variable to 1*/
atomic_set(&gmydev.openflag,1);
gmydev.pcls = class_create(THIS_MODULE, "mysecond");
if(IS_ERR(gmydev.pcls))
{
printk("class_create failed\n");
cdev_del(&gmydev.mydev);
unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);
return -1;
}
gmydev.pdev = device_create(gmydev.pcls,NULL,devno,NULL,"mysec");
if(NULL == gmydev.pcls)
{
printk("device_create failed\n");
class_destroy(gmydev.pcls);
cdev_del(&gmydev.mydev);
unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);
return -1;
}
return 0;
}
void __exit mysecond_exit(void)
{
dev_t devno = MKDEV(major,minor);
device_destroy(gmydev.pdev,devno);
class_destroy(gmydev.pcls);
cdev_del(&gmydev.mydev);
//printk("mysecond will exit\n");
unregister_chrdev_region(devno, mysecond_num);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(mysecond_init);
module_exit(mysecond_exit);