Linux驱动修炼之道-混杂设备

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/05/17/6426095.aspx

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

下边是描述这个设备的结构体：

struct miscdevice { int minor; //次设备号 const char *name; //设备的名称 const struct file_operations *fops; //文件操作 struct list_head list; //misc_list的链表头 struct device *parent; //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈) struct device *this_device; //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到 };

然后来看看misc子系统的初始化函数：

static int __init misc_init(void) { int err; #ifdef CONFIG_PROC_FS /*创建一个proc入口项*/ proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops); #endif /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/ misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc"); err = PTR_ERR(misc_class); if (IS_ERR(misc_class)) goto fail_remove; err = -EIO; /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/ if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops)) goto fail_printk; return 0; fail_printk: printk("unable to get major %d for misc devices\n", MISC_MAJOR); class_destroy(misc_class); fail_remove: remove_proc_entry("misc", NULL); return err; } /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/ subsys_initcall(misc_init);

下边是register_chrdev函数的实现：

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops) { struct char_device_struct *cd; struct cdev *cdev; char *s; int err = -ENOMEM; /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/ cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name); if (IS_ERR(cd)) return PTR_ERR(cd); /*分配字符设备*/ cdev = cdev_alloc(); if (!cdev) goto out2; cdev->owner = fops->owner; cdev->ops = fops; /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/ kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name); for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/')) *s = '!'; /*把这个字符设备注册到系统中*/ err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256); if (err) goto out; cd->cdev = cdev; return major ? 0 : cd->major; out: kobject_put(&cdev->kobj); out2: kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256)); return err; }

来看看这个设备的操作函数的集合：

static const struct file_operations misc_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = misc_open, };

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file) { int minor = iminor(inode); struct miscdevice *c; int err = -ENODEV; const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL; lock_kernel(); mutex_lock(&misc_mtx); /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/ list_for_each_entry(c, &misc_list, list) { if (c->minor == minor) { new_fops = fops_get(c->fops); break; } } if (!new_fops) { mutex_unlock(&misc_mtx); /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/ request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor); mutex_lock(&misc_mtx); /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/ list_for_each_entry(c, &misc_list, list) { if (c->minor == minor) { new_fops = fops_get(c->fops); break; } } if (!new_fops) goto fail; } err = 0; /*保存旧打开函数的地址*/ old_fops = file->f_op; /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/ file->f_op = new_fops; if (file->f_op->open) { /*使用具体设备的打开函数打开设备*/ err=file->f_op->open(inode,file); if (err) { fops_put(file->f_op); file->f_op = fops_get(old_fops); } } fops_put(old_fops); fail: mutex_unlock(&misc_mtx); unlock_kernel(); return err; }
再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：

int misc_register(struct miscdevice * misc) { struct miscdevice *c; dev_t dev; int err = 0; /*初始化misc_list链表*/ INIT_LIST_HEAD(&misc->list); mutex_lock(&misc_mtx); /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/ list_for_each_entry(c, &misc_list, list) { if (c->minor == misc->minor) { mutex_unlock(&misc_mtx); return -EBUSY; } } /*看是否是需要动态分配次设备号*/ if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) { /* *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */ *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8]; *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位， *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。 */ int i = DYNAMIC_MINORS; while (--i >= 0) if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0) break; if (i<0) { mutex_unlock(&misc_mtx); return -EBUSY; } /*得到这个次设备号*/ misc->minor = i; } /*设置位图中相应位为1*/ if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS) misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7); /*计算出设备号*/ dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor); /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/ misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL, "%s", misc->name); if (IS_ERR(misc->this_device)) { err = PTR_ERR(misc->this_device); goto out; } /* * Add it to the front, so that later devices can "override" * earlier defaults */ /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/ list_add(&misc->list, &misc_list); out: mutex_unlock(&misc_mtx); return err; }

这个是miscdevice的卸载函数：

int misc_deregister(struct miscdevice *misc) { int i = misc->minor; if (list_empty(&misc->list)) return -EINVAL; mutex_lock(&misc_mtx); /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/ list_del(&misc->list); /*删除设备节点*/ device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor)); if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) { /*释放位图相应位*/ misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7)); } mutex_unlock(&misc_mtx); return 0; }

总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：
misc_register:匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设备号->创建设备文件->miscdevice结构体添加到misc_list链表中。
misc_deregister:从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。