linux MISC 驱动模型分析

linux MISC 驱动模型分析 

        阅读led驱动程序的代码的时候,没有发现ldd3中提到的各种字符设备注册函数,而是发现了一个misc_register函数,这说明led设备是作 为杂项设备出现在内核中的,在内核中,misc杂项设备驱动接口是对一些字符设备的简单封装,他们共享一个主设备号,有不同的次设备号,共享一个open 调用,其他的操作函数在打开后运用linux驱动程序的方法重载进行装载。

1. 主要数据结构
内核维护一个misc_list链表,misc设备在misc_register注册的时候链接到这个链表,在misc_deregister中解除链接。主要的设备结构就是miscdevice。定义如下:
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  1. struct miscdevice  {  
  2.     int minor;  
  3.     const char *name;  
  4.     const struct file_operations *fops;  
  5.     struct list_head list;  
  6.     struct device *parent;  
  7.     struct device *this_device;  
  8.     const char *nodename;  
  9.     mode_t mode;  
  10. };  
    这个结构体是misc设备基本的结构体,在注册misc设备的时候必须要声明并初始化一个这样的结构体,但其中一般只需填充name minor fops字段就可以了。下面就是led驱动程序中初始化miscdevice的代码:
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  1. static struct miscdevice misc = {  
  2.     .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,  
  3.     .name = DEVICE_NAME,  
  4.     .fops = &dev_fops,  
  5. };  
一般的时候在fops不用实现open方法,因为最初的方法misc_ops包含了open方法。其中minor如果填充MISC_DYNAMIC_MINOR,则是动态次设备号,次设备号由misc_register动态分配的。
2. misc_init 函数
    misc也是作为一个模块被加载到内核的,只不过是静态模块。这个函数是misc静态模块加载时的初始化函数。
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  1. static int __init misc_init(void)  
  2. {  
  3.     int err;  
  4.   
  5.   
  6. #ifdef CONFIG_PROC_FS  
  7.     proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);  
  8. #endif  
  9.     misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");  
  10.         //udev创建设备节点使用  
  11.     err = PTR_ERR(misc_class);  
  12.     if (IS_ERR(misc_class))  
  13.         goto fail_remove;  
  14.   
  15.   
  16.     err = -EIO;  
  17.     if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops)) //注册一个字符设备  
  18.         goto fail_printk;  
  19.     misc_class->devnode = misc_devnode;  
  20.     return 0;  
  21.   
  22.   
  23. fail_printk:  
  24.     printk("unable to get major %d for misc devices\n", MISC_MAJOR);  
  25.     class_destroy(misc_class);  
  26. fail_remove:  
  27.     remove_proc_entry("misc", NULL);  
  28.     return err;  
  29. }  
    可以看出,这个初始化函数,最主要的功能就是注册字符设备 ,所用的注册接口是2.4内核的register_chrdev。它注册了主设备号为MISC_MAJOR,次设备号为0-255的256个设备。并且创建了一个misc类。
3. misc_register()函数
    misc_register()函数在misc.c中,最主要的功能是基于misc_class构造一个设备,将miscdevice结构挂载到misc_list列表上,并初始化与linux设备模型相关的结构,它的参数是miscdevice结构体。
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  1. int misc_register(struct miscdevice * misc)  
  2. {  
  3.     struct miscdevice *c;  
  4.     dev_t dev;  
  5.     int err = 0;  
  6.   
  7.   
  8.     INIT_LIST_HEAD(&misc->list);  //链表项使用时必须初始化  
  9.   
  10.   
  11.     mutex_lock(&misc_mtx);  
  12.     list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {  
  13.         if (c->minor == misc->minor) {  
  14.             mutex_unlock(&misc_mtx);  
  15.             return -EBUSY;  
  16.         }  
  17.     } //遍历链表如果发现次设备号一样的,返回错误  
  18.   
  19.   
  20.     if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {  //动态次设备号  
  21.         int i = DYNAMIC_MINORS;  
  22.         while (--i >= 0)  
  23.             if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)  
  24.                 break;  
  25.         if (i<0) {  
  26.             mutex_unlock(&misc_mtx);  
  27.             return -EBUSY;  
  28.         }  
  29.         misc->minor = i;  
  30.     }  
  31.   
  32.   
  33.     if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)  
  34.         misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);  
  35.     dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);  
  36.   
  37.   
  38.     misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,  
  39.                       misc, "%s", misc->name);  
  40.         //udev创建设备节点使用,linux设备模型相关  
  41.     if (IS_ERR(misc->this_device)) {  
  42.         err = PTR_ERR(misc->this_device);  
  43.         goto out;  
  44.     }  
  45.   
  46.   
  47.     /*  
  48.      * Add it to the front, so that later devices can "override"  
  49.      * earlier defaults  
  50.      */  
  51.     list_add(&misc->list, &misc_list); //添加到misc_list之中  
  52.  out:  
  53.     mutex_unlock(&misc_mtx);  
  54.     return err;  
  55. }  
可以看出,这个函数首先遍历misc_list链表,查找所用的次设备号是否已经被注册,防止冲突。如果是动态次设备号则分配一个,然后调用MKDEV生成设备号,从这里可以看出所有的misc设备共享一个主设备号MISC_MAJOR,然后调用device_create,生成设备文件。最后加入到misc_list链表中。
关于device_create,class_create 作用:  class_create函数在misc.c中的模块初始化中被调用,现在一起说一下。这两个函数看起来很陌生,没有在ldd3中发现过,看源代码的时候发现class_create会调用底层组件__class_regsiter()是说明它是注册一个类。而device_create是创建一个设备,他是创建设备的便捷实现调用了device_register函数。他们都提供给linux设备模型使用,从linux内核2.6的某个版本之后,devfs不复存在,udev成为devfs的替代。相比devfs,udev有很多优势。
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  1. struct class *myclass = class_create(THIS_MODULE, “my_device_driver”);  
  2. class_device_create(myclass, NULL, MKDEV(major_num, 0), NULL, “my_device”);  
这样就创建了一个类和设备,模块被加载时,udev daemon就会自动在/dev下创建my_device设备文件节点。这样就省去了自己创建设备文件的麻烦。这样也有助于动态设备的管理。
4. 总结
杂项设备作为字符设备的封装,为字符设备提供的简单的编程接口,如果编写新的字符驱动,可以考虑使用杂项设备接口,方便简单,只需要初始化一个miscdevice的结构,调用misc_register就可以了。系统最多有255个杂项设备,因为杂项设备模块自己占用了一个次设备号。可以发现,mini2440很多字符设备都是以杂项设备注册到内核的,如mini2440_buttons,mini2440_adc,mini2440_pwm等。

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