Linux驱动开发-字符设备驱动开发
- linux 驱动开发
- 1. 驱动程序的类型
- 2. 驱动开发流程
- 字符设备驱动
- 1. 基本概念
- 2. 字符设备驱动的基本结构
- 架构
- 字符设备驱动开发中常用的 API
- 示例
- 以下代码加入了设备类和设备实例的创建
linux 驱动开发
1. 驱动程序的类型
在 Linux 中，驱动程序主要有以下几种类型：
字符设备驱动：处理字节流的设备，如串口、键盘等。它们通过字符设备接口（如 /dev/tty）与用户空间进行交互。
块设备驱动：处理块存储设备，如硬盘、SSD 等。它们支持随机访问，提供高效的数据传输。
网络设备驱动：用于网络接口卡，处理网络数据包的发送和接收。
USB 驱动：支持 USB 设备的连接和管理。
2. 驱动开发流程
以下是开发 Linux 驱动的一般流程：
2.1 环境准备
确保你有一个支持的 Linux 发行版。
安装开发工具，如 gcc 和 make。
下载和编译 Linux 内核源代码（与你的内核版本一致）。
2.2 编写驱动代码
根据你要开发的设备类型，选择合适的接口。
创建相应的初始化（init）和退出（exit）函数。
根据设备实现文件操作结构体 file_operations。
2.3 编写 Makefile
创建 Makefile，用于编译你的模块。
2.4 编译模块
在终端中通过 make 命令编译模块。
2.5 加载和测试模块
使用 insmod 加载模块，使用 rmmod 卸载模块。
通过 dmesg 查看内核日志，调试和验证模块功能。
字符设备驱动
字符设备驱动是Linux内核中的一种设备驱动类型，
主要用于处理字符设备（如键盘、鼠标、串口等）。
字符设备以字节流的形式进行数据传输，与块设备（如硬盘、SSD等）不同，
块设备以固定大小的块进行数据传输。
下面是一个简单的字符设备驱动入门指南：
1. 基本概念
字符设备（Character Device）：以字节流的形式进行数据传输的设备。
设备文件：在Linux中，字符设备通过设备文件（通常位于/dev目录下）与用户空间进行交互。
主设备号和次设备号：设备文件由主设备号和次设备号标识。主设备号用于标识设备驱动，次设备号用于标识特定的设备实例。
2. 字符设备驱动的基本结构
字符设备驱动通常包括以下几个部分：
设备注册：向内核注册字符设备。
文件操作接口：定义设备文件的操作接口（如open, read, write, close等）。
设备操作函数：实现具体的设备操作逻辑。
架构
字符设备驱动程序在 Linux 中的架构通常包括以下几个关键组件：
设备注册： 使用 register_chrdev 注册设备，并提供操作函数。驱动程序需要处理打开、读取、写入和关闭操作，通常通过定义 file_operations 结构体来实现。
打开、读写、关闭接口： 驱动程序需要实现用户空间程序可以调用的接口。读取和写入操作使用 copy_to_user 和 copy_from_user 进行数据传输。
内存管理： 使用 kmalloc 和 kfree 进行动态内存分配和释放，以管理驱动所需的数据结构。
进程同步： 使用等待队列（基于 wait_queue_head_t）来管理进程的等待与唤醒，实现异步操作。
错误处理： 驱动程序需要实现适当的错误处理机制，以确保在发生错误时能够提供适当的反馈。
字符设备驱动开发中常用的 API
/*
* 1. register_chrdev
* 功能：注册字符设备。
* 参数：
* int nr: 主设备号。如果设置为 0，内核会自动分配一个主设备号。
* const char *name: 设备的名字，将显示在 /proc/devices 中。
* struct file_operations *fops: 指向文件操作结构体的指针，定义设备的操作函数。
* 返回值：
* 返回主设备号，如果发生错误，则返回负值。
*/
int register_chrdev(unsigned int nr, const char *name, struct file_operations *fops);
/*
* 2. unregister_chrdev
* 功能：注销字符设备。
* 参数：
* int nr: 要注销的主设备号。
* const char *name: 设备的名字。
* 返回值：
* 无。
*/
void unregister_chrdev(unsigned int nr, const char *name);
/*
* 3. copy_to_user
* 功能：将数据从内核空间复制到用户空间。
* 参数：
* void __user *to: 用户空间的目标地址。
* const void *from: 内核空间的源地址。
* unsigned long count: 要复制的字节数。
* 返回值：
* 返回未成功复制的字节数。如果为 0，表示成功。
*/
long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long count);
/*
* 4. copy_from_user
* 功能：将数据从用户空间复制到内核空间。
* 参数：
* void *to: 内核空间的目标地址。
* const void __user *from: 用户空间的源地址。
* unsigned long count: 要复制的字节数。
* 返回值：
* 返回未成功复制的字节数。如果为 0，表示成功。
*/
long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long count);
/*
* 5. kmalloc
* 功能：分配内核内存。
* 参数：
* size_t size: 要分配的内存字节数。
* gfp_t flags: 分配内存的标志，如 GFP_KERNEL。
* 返回值：
* 返回指向分配内存区域的指针。如果分配失败，返回 NULL。
*/
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
/*
* 6. kfree
* 功能：释放内核内存。
* 参数：
* void *ptr: 指向要释放内存的指针。
* 返回值：
* 无。
*/
void kfree(void *ptr);
/*
* 7. init_waitqueue_head
* 功能：初始化等待队列头。
* 参数：
* wait_queue_head_t *q: 等待队列头指针。
* 返回值：
* 无。
*/
void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q);
/*
* 8. wait_event
* 功能：将当前进程放入等待队列，直到条件满足为止。
* 参数：
* wait_queue_head_t *q: 等待队列头指针。
* int condition: 条件表达式，当其评估为真时，返回进程。
* 返回值：
* 无。
*/
#define wait_event(q, condition) wait_event_interruptible(q, condition)
/*
* 9. wake_up
* 功能：唤醒等待队列中的进程。
* 参数：
* wait_queue_head_t *q: 等待队列头指针。
* 返回值：
* 无。
*/
void wake_up(wait_queue_head_t *q);
/*
* 10. printk
* 功能：在内核中打印日志信息。
* 参数：
* const char *fmt: 格式化字符串。
* 返回值：
* 返回打印的字符数。
*/
int printk(const char *fmt, ...);
示例
#include 以下代码加入了设备类和设备实例的创建
/*以下代码加入了设备类和设备实例的创建*/
#include