字符设备驱动程序

哈尔滨理工大学软件工程专业08-7李万鹏原创作品，转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2010/11/13/6007342.aspx

LINUX设备驱动程序分为字符设备驱动（无缓冲且只能顺序存取），块设备驱动程序（有缓冲且可以随机存取）。每个字符设备和块设备都必须有主，次设备号，主设备号相同的设备是同类设备（使用同一驱动程序）。这些设备中，有些设备是对实际物理硬件的抽象，而有些设备则是则是内核自身提供的功能（不依赖于特定的物理硬件，又称为“虚拟设备”）。每个设备在/dev目录下都有一个对应的文件（节点），可以通过 cat /proc/devices命令查看当前已经加载的设备驱动程序的主设备号。

在内核中，dev_t类型用来保存设备编号（包括主设备号和次设备号）：

• 主设备号＝MAJOR（dev_t dev）
• 次设备号＝MINOR（dev_t dev）
• 设备编号＝MKDEV(int major,int minor)

dev_t是无符长整型

• typedef u_long dev_t ;
  

• typedef unsigned long u_long;

分配和释放设备号：

• int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
• int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);
• void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);

字符设备的注册：

• void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
• int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);
• void cdev_del(struct cdev *dev);
  

早期的办法：

• int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);
• int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);

在内核空间和用户空间之间拷贝数据使用：

• unsigned long copy_to_user（void __user*to,const void *from,unsigned long count）；
• unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from,unsigned long count);

scull设备的布局:

这个结构是一个二维数组，qset是第一个下限，quantum是第二个下限。

下面是我写的驱动程序，没有用书上的，数了一下，书上的例子快到两千行代码了，所以自己写个容易的，设备是内存，first.c 需要注意的地方是，下面的struct file_operations first_fops是用C99标准写的，是标记化结构体初始化语法。左边的open,release,read,write都是系统调用，也就是说调用read是去执行read_test,调用write时执行write_test。在用户空间和内核空间之间传输数据应该使用函数copy_to_user和copy_from_user.

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/init.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/poll.h> #include <linux/spinlock.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/kobject.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/device.h> #include <asm/uaccess.h> struct cdev first; unsigned int dev; char * data; static ssize_t read_test(struct file *file, char *buf, size_t count,loff_t*pos); static ssize_t write_test(struct file *file, const char *buf,size_t count,loff_t*pos); static ssize_t open_test(struct inode *inode, struct file *file); static ssize_t release_test(struct inode *inode, struct file *file); struct file_operations first_fops={ .owner = THIS_MODULE, .read = read_test, .write = write_test, .open = open_test, .release = release_test, }; static ssize_t read_test(struct file *file, char *buf, size_t count,loff_t*pos){ int len; if(count < 0) return -EINVAL; len = strlen(data); if(len < count) count = len; copy_to_user(buf,data,count); printk("read buf %s\n", buf); printk("read data %s\n", data); return count; } static ssize_t write_test(struct file *file, const char *buf,size_t count,loff_t*pos){ if(count < 0) return -EINVAL; kfree(data); data = (char*)kmalloc(sizeof(char)*(count),GFP_KERNEL); if(!data) return -ENOMEM; copy_from_user(data,buf,count); printk("write buf %s\n",buf); printk("write data %s\n",data); return count; } static ssize_t open_test(struct inode *inode, struct file *file){ return 0; } static ssize_t release_test(struct inode *inode, struct file *file){ return 0; } static int __init init_first(void){ int ret; ret = alloc_chrdev_region(&dev,0,1,"first"); if(ret < 0){ printk(KERN_ALERT "first register fail"); } cdev_init(&first,&first_fops); first.owner = THIS_MODULE; ret = cdev_add(&first,dev,1); if(ret < 0){ printk(KERN_ALERT "first registrr fail"); } return 0; } static void __exit exit_first(void){ unregister_chrdev_region(dev,"first"); cdev_del(&first); } module_init(init_first); module_exit(exit_first);

初始化模块时：

• 获得设备号 alloc_chrdev_region,若已知则调用register_chrdev_region
• 初始化字符设备 cdev_init
• 将设备添加到系统中 cdev_add

注销模块：

• 释放设备号 unregister_chrdev_region
• 删除已经注册的char设备 cdev_del

Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),) obj-m:= first.o else KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules modules_install: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install clear: rm -rf *.o .PHONY: modules modules_install clear endif

首先make，进行编译，生成first.ko文件。执行:

• sudo insmod first.ko
• cat /proc/devices 查看主设备号
  
• sudo mknod /dev/test c 252 0 (c是字符设备的意思，250是我查看得到的主设备号，0是次设备号)
  

test.c

#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int main(){ int fd; char s2[10]="0"; char *s1 = "hacker"; fd = open("/dev/test",O_RDWR); if(fd == -1){ printf("Cannot open first\n"); exit(0); } write(fd,s1,strlen(s1)); read(fd,s2,strlen(s1)); printf("显示出字符串:\n"); printf("%s\n",s2); close(fd); return 0; }

• 然后编译用户空间的测试文件test.c 运行