【linux驱动开发】在linux内核中注册一个杂项设备与字符设备以及内核传参的详细教程
文章目录
- 注册杂项设备
- 驱动模块传参
- 注册字符设备
开发环境： windows + ubuntu18.04 + 讯为rk3568开发板
注册杂项设备
相较于字符设备，杂项设备有以下两个优点:
- 节省主设备号:杂项设备的主设备号固定为 10，在系统中注册多个 misc 设备驱动时，只需使用子设备号进行区分即可。
- 使用简单：相比如普通的字符设备驱动， misc驱动只需要将基本信息通过结构体传递给相应处理函数即可。
在linxu系统中可使用 cat /proc/misc 命令查看系统中的杂项设备。注册杂项设备的步骤：
-
1.填充设备操作集结构体
struct file_operations； -
2.填充杂项设备结构体
struct miscdevice; -
3.使用函数
misc_register注册杂项设备; -
4.使用函数
misc_deregister卸载杂项设备；
上面三步可使用下面函数直观用表达，即：
static struct file_operations xxx_fops{
.owner = THIS_MODULE,
.read = xxx_read,
....
};
struct miscdevice xxx_dev{
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = "xxx",
.fops = &xxx_fops
};
static int __init xxx_init(void) //驱动入口函数
{
int ret;
printk(KERN_EMERG "xxx_init\r\n");
ret = misc_register(&xxx_dev);//注册杂项设备
if(ret<0)
{
printk( "misc_register failed\r\n");
return -1;
}
printk( "misc_register ok\r\n");
return 0;
}
static void __exit xxx_exit(void) //驱动出口函数
{
printk(KERN_EMERG "xxx_exit\r\n");
misc_deregister(&xxx_dev); //卸载杂项设备
}
module_init(xxx_init); //注册入口函数
module_exit(xxx_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("xxx");
具体实现注册一个杂项设备的示例代码如下：
#include 编译传送到开发板上后，先试用insmod +驱动名.ko挂载驱动，其结果为：
上述驱动代码的测试代码如下：
#include 使用./+程序名运行测试代码后，得结果如下：
驱动模块传参
总所周知，应用程序传参是通过shell终端传，只要将main函数按照下面格式书写即可完成传参操作
int main(int argc ,char *argv[])
{
return 0;
}
相比之下，驱动模块传递参数需要借助其他函数完成传参操作：
1. 传递单个参数给内核
module_param(name, type, perm)
参数解释：
-
name:参数名，既是外部参数名，又是内部参数名。
-
type:参数的数据类型，可取int、charp等。
-
perm:访问权限。八进制，如:0777。0表示该参数在文件系统中不可见。
注意：传递字符作为参数时数据类为charp，而不是char.
2.传递数组给内核
module_param_array(name, type, nump, perm)
- module_param_array(name,type,nump,perm)
- name:数组参数名，既是外部参数，又是内部参数
- type:参数的数据类型
- nump:终端传给数组的实际元素个数（指针变量）
- perm:访问权限，0644。0表示该参数在文件系统中不可见
3.传递字符串给内核
module_param_string(name, string, len, perm)
- name:参数名，外部参数名
- string:内部参数名（内部字符数组名）
- len:数组长度
- perm:访问权限，0644。0表示该参数在文件系统中不可见
传递参给内核的作用：
- 1.设置驱动的相关参数，如：设备数量、设备缓冲区大小等等。
- 2.可进行安全校验，放置驱动被他人盗用。
说明：
参数传递的适用时机为 加载驱动到内核时，命令形式为：insmod +驱动名.ko +参数1名=参数值 参数2名=参数值 ……。例如下面示例中使用insmod file.ko date=12传递参数：
#include 注册字符设备
步骤一：驱动初始化，需要申请设备号，初始化并且注册cdev结构体，初始化硬件；
可使用动态申请或静态申请设备号，其中动态申请设备号一般在235-255,静态申请则一般由用户手动输入。
静态申请的函数原型为：
int register_chrdev_region(dev_t, unsigned, const char *);
参数含义：
- from: 自定义的 dev_t 类型设备号。
- count: 申请设备的数量。
- name: 申请的设备名称。
函数返回值：申请成功返回 0，申请失败返回负数。
动态申请的函数原型为：
int alloc_chrdev_region(dev_t *, unsigned, unsigned, const char *);
参数含义：
- dev : 会将申请完成的设备号保存在 dev 变量中。
- baseminor: 次设备号可申请的最小值。
- count: 申请设备的数量。
- name: 申请的设备名称。
函数返回值：申请成功返回 0，申请失败返回负
Linux 内核中将字符设备抽象成一个具体的数据结构 (struct cdev), 我们可以理解为字符设备对象，cdev 记录了字符设备号、内核对象、文件操作 file_operations 结构体（设备的打开、读写、关闭等操作接口）等信息:
struct cdev {
struct kobject kobj; //内嵌的内核对象.
struct module *owner; //该字符设备所在的内核模块的对象指针.
const struct file_operations *ops; //该结构描述了字符设备所能实现的方法，是极为关键的一个结
构体.struct list_head list; //用来将已经向内核注册的所有字符设备形成链表.
dev_t dev; //字符设备的设备号，由主设备号和次设备号构成.
unsigned int count; //隶属于同一主设备号的次设备号的个数.
};
初始化设备描述集cdev结构体的函数原型为：
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);
参数含义：
- 参数1：表示是抽象设备结构体；
- 参数2：表示文件操作集；
注册设备到内驱使用下面函数
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);
参数含义：
- 参数1：为要添加的 struct cdev 类型的结构体
- 参数2：为申请的字符设备号
- 参数3：为和该设备关联的设备编号的数量
若函数在内核中添加成功返回 0，添加失败返回负数。
步骤二：构建设备文件操作描述集file_operations
也就是read、write、open、close等函数。
步骤三：生成并且添加设备节点
- 手动添加设备节点：也就是在加载驱动到内核时添加，即
mknod + 路径/设备名 +设备类型 + 主设备号 + 次设备号 - 自动添加设备节点：初始化内核时，使用函数自动添加。即先试用函数
class_create创建一个类，在使用函数device_create创建并且添加设备节点。
class_create函数说明：
#define class_create(owner, name) \
({ \
static struct lock_class_key __key; \ __class_create(owner, name, &__key); \
})
函数作用：
用于动态创建设备的逻辑类，并完成部分字段的初始化，然后将其添加进 Linux 内核系统。
参数含义：
- owner：指向函数即将创建的这个 struct class 的模块。一般为 THIS_MODULE。
- name：代表即将创建的 struct class 变量的名字。
返回值：struct class * 类型的类。
device_create函数说明：
struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt,...);
函数作用：
用来在 class 类中下创建一个设备属性文件，udev 会自动识别从而进行设备节点的创建。
参数含义：
- cls：指定所要创建的设备所从属的类。
- parent:指定该设备的父设备，如果没有就指定为 NULL。
- devt:指定创建设备的设备号。
- drvdata:被添加到该设备回调的数据，没有则指定为 NULL。
- fmt：添加到系统的设备节点名称。
返回值：struct device * 类型结构体的设备
步骤四：注销字符设备驱动，
- 步骤一：使用函数
unregister_chrdev_region释放设备号
void unregister_chrdev_region(dev_t, unsigned)
该函数只有一个参数，为要删除设备的设备号，并且函数无返回值。
- 步骤二：使用函数
cdev_del步骤二：删除设备操作集卸载cdev
void cdev_del(struct cdev *);
该函数只有一个参数，为要删除的 struct cdev 类型的结构体，并且函数无返回值。
- 步骤三：使用函数
device_destroy卸载设备
void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);
用来删除 cls 类中的devt设备属性文件，udev 会自动识别从而进行设备节点的删除。
- 步骤四：使用函数
class_destroy删除类class
void class_destroy(struct class *cls);
该函数只有一个参数，为要删除的类，并且函数无返回值。
示例代码
#include 使用加载驱动到内核insmod file.ko命令，得结果
在测试驱动前需要使用mknod /dev/mytest c 236 0创建设备文件，命令格式为：mknod + /路径/设备名称 +设备类型+主设备号 + 次设备号。
然后就可写一个应用程序来测试我们的字符驱动是否成功注册，测试源码如下：
#include 执行测试程序后结果如下：
注意：在运行测试程序时，一定要先创建驱动文件，否则就会报段错误，具体如下：
杂项设备与字符设备的比较：
- 杂项设备的主设备号固定为10，而字符设备的主设备号需要创建。
- 杂项设备的创建相对简单，只需要填充设备操作集结构体、杂项设备结构体再注册即可。而字符设备需要经过 申请设备号、初始化并且注册cdev结构体、初始化硬件、构建设备文件操作描述集、生成并且添加设备节点。
- 杂项设备与字符设备都需要构建文件操作描述集。(应用层调用驱动的核心)