驱动开发硬核特训 · Day 13：从 device_create 到 sysfs，设备文件是如何生成的？
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内核：博文+视频 - 备树深度解析：理论 + 实践全指南（含 of 函数与 i.MX8MP 实例）
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本文目标：深入理解
device_create()函数的核心机制，搞清楚字符设备驱动中/dev/xxx是如何自动生成的，掌握class、device、sysfs、udev之间的协作原理。本文面向 Linux 内核驱动开发初学者，全流程分析字符设备注册背后的关键路径，夯实设备模型的理解。
一、背景导入：为何要讲 device_create？
在我们编写 Linux 字符设备驱动时，经常会使用如下流程注册设备：
alloc_chrdev_region();
cdev_init();
cdev_add();
class_create();
device_create(); // 核心
完成这些步骤后，系统会自动在 /dev/ 下生成对应设备节点，例如 /dev/my_led。
但很多初学者会疑惑：
- 为什么调用
device_create()就能生成/dev/xxx？ - 它是怎么和内核设备模型联系上的？
- 它是否会注册
struct device？ - 跟
udev又是什么关系？
本篇将一口气讲清楚这些问题。
二、设备模型再复习：class 是什么？
Linux 的设备模型中，class 是连接用户空间 /sys/class/ 与 /dev/ 的关键中介，它代表某一类设备。
常见 class：
| 类别 | 描述 | 示例路径 |
|---|---|---|
tty |
终端设备 | /sys/class/tty/ttyS0 |
input |
输入设备 | /sys/class/input/event0 |
leds |
LED 灯控制 | /sys/class/leds/user_led |
你在驱动中调用：
struct class *led_class = class_create(THIS_MODULE, "my_led_class");
内核会在 /sys/class/my_led_class/ 下创建一个新目录，为后续设备挂载做准备。
接下来进入主角——device_create()。
三、device_create() 的功能与原型
3.1 函数原型
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);
参数说明：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| class | 所属的 class（如 my_led_class） |
| parent | 父设备，可为 NULL |
| devt | 设备号，MKDEV(major, minor) |
| drvdata | 设备私有数据，可用 device_get_drvdata 获取 |
| fmt | 设备名称格式，如 “my_led%d” |
3.2 作用
执行 device_create() 会做三件事：
- 分配并注册一个新的
struct device - 将其挂入
class，即：/sys/class/xxx/下出现新设备目录 - 通知
udev创建/dev/xxx节点
这正是用户空间中能自动看到 /dev/my_led0 的原因。
四、完整流程梳理
我们通过一张图总结：
驱动代码
└── device_create()
├── 创建设备结构体 struct device
├── 添加到 class 的设备列表
│ └── 映射到 /sys/class/my_class/my_led0
├── 发出 uevent 通知
│ └── 用户空间 udev 监听到设备加入事件
│ └── 根据规则创建 /dev/my_led0
举个实际路径：
/sys/class/my_led_class/my_led0 # class 目录
/dev/my_led0 # 实际设备节点（由 udev 创造）
五、实战演练：创建 LED 字符设备
5.1 初始化设备号
dev_t devno;
alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "my_led");
major = MAJOR(devno);
5.2 初始化 cdev
cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
cdev_add(&my_cdev, devno, 1);
5.3 创建设备 class 与 device
my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_led_class");
device_create(my_class, NULL, devno, NULL, "my_led0");
此时：
/sys/class/my_led_class/my_led0被创建/dev/my_led0自动生成（由udev监听创建设备事件）
六、udev 的作用与补充说明
udev 是 Linux 中用户空间的设备管理守护进程。
- 它监听内核发出的设备事件（
uevent） - 根据
/etc/udev/rules.d/的规则，执行创建设备节点、添加权限等操作
若系统中没有运行 udev（如部分嵌入式系统），需要用 mdev 或手动创建设备文件：
mknod /dev/my_led0 c 240 0
七、常见问题解答 Q&A
Q1：如果不调用 device_create()，是否还能访问设备？
可以，但必须自己创建设备节点：
mknod /dev/my_led0 c 240 0
并确保 major/minor 正确。但 /sys/class/ 等路径就不会自动生成。
Q2：多个设备如何创建多个节点？
你可以多次调用 device_create()：
device_create(my_class, NULL, MKDEV(240, 0), NULL, "my_led0");
device_create(my_class, NULL, MKDEV(240, 1), NULL, "my_led1");
这样就会生成 /dev/my_led0 和 /dev/my_led1。
Q3：如何自动清理？
在模块卸载时：
device_destroy(my_class, MKDEV(240, 0));
class_destroy(my_class);
unregister_chrdev_region(MKDEV(240, 0), 1);
八、总结归纳
| 核心步骤 | 功能 |
|---|---|
| class_create | 创建设备类别，挂载到 /sys/class |
| device_create | 注册 struct device，生成 /sys 和 /dev 节点 |
| udev | 监听内核事件，自动创建设备文件 |
| dev_set_drvdata | 设置私有数据，可用 device_get_drvdata 获取 |
| cdev 操作 | 管理字符设备的核心操作结构 |
九、今日练习题（建议动手）
- 编写一个字符设备驱动，支持创建两个设备节点
/dev/led0和/dev/led1 - 分别用
write()控制两个设备状态，打印开关日志 - 使用
udevadm monitor查看device_create()时产生的事件
下一篇预告：
驱动开发硬核特训 · Day 14：深入理解 class、device 与 /dev 的完整链路
将进一步拆解 class.c 源码，讲清 device_add()、kobject 关系，帮助你彻底掌握设备文件生成机制。
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