字符设备模板

linux驱动

makefile写法：

ifneq
($*KERNELRELEASE),)
obj-m
:=hello.o
else
KERNELDIR？=/lib/modules/$(shell
uname -r) /build
PWD
:=$(shell pwd)
default:
$(MAKE)
-C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif

初始化和关闭：

static
int __init initialization_funciton(void)
{
*
}
module_init（initialization_function);
static
void __exit cleanup_function(void)
{
*
}
module_exit(cleanup_function);

__init意为在初始化时调用，调用完后会被清除出内存

__exit意为只在清除时调用，调用后即清除

参数传递：

static char *whom =”world”;

static int howmany=1;

module_param(howmany,int,S_IRUGO);

module_param(whom,charp,S_IRUGO);

内核支持的模块参数类型如下：

bool、invbool、charp、int、long、uint、ulong、ushort

声明数组参数用以下形式：
module_param_array(name,type,num,perm);

perm为访问许可值，S_IRUGO为任何人可读，S_IWUSR为root可写。

主设备号和次设备号

通常而言，主设备号指示设备对应的驱动程序，次设备号用于正确确定设备文件所指的设备。内核中用dev_t类型保存设备号

获得主次设备号：

MAJOR(dev_t,dev);

MINOR(dev_t,dev);

生成dev_t类型：

MKDEV(int major,int minor);

分配和释放设备编号：

静态分配：

<linux/fs.h>

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);

first是要分配的设备编号的起始值，count是要请求连续设备编号的个数，name是与范围相关联的名称。成功返回0,错误返回负的错误码。

动态分配：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);

释放：

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);

重要的数据结构：

设备号与驱动程序操作的关联：

file_operations,指向该结构的指针一般名叫fops，包含指向对文件各个操作的实现函数的指针。

有个owner字段需要被初始化为THIS_MODULE

file结构：

file结构代表一个打开的文件，系统中每一个打开的文件在内核空间都有一个对应file结构

需要用到的file字段：

mode_t	f_mode	文本模式，标识文件是可读可写，但不需要在驱动中检测
loff_t	f_ops	当前读写位置
unsigned int	f_flags	文件标志，定义在<linux/fcntl.h>
Struct file_operations	* f_op	与文件相关的操作
void	* private_data	私有数据，必须在file结构被销毁前在relrease方法中释放内存
struct dentry	* f_dentry	文件对应的目录项结构

inode结构：

dev_t i_rdev; 对表示设备文件的inode结构，该字段包含了真正的设备编号

struct cdev *i_cdev 表示字符设备的内核的内部结构。当inode指向一个字符设备文件时，该字段包含了指向struct cdev结构的指针。

有两个宏可用来从一个inode中获得主设备号和次设备号：

unsigned int iminor(struct inode *inode);

unsigned int imajor(struct inode *inode);

字符设备的注册：

内核使用struct cdev结构表示字符设备，定义在<linux/cdev.h>

分配和初始化cdev的两种方式：

获得独立的结构：

struct cdev *my_code=cdev_alloc();

my_cdev->ops=&my_fops;

或者嵌入到自己的设备：(不知道为什么，，，)

void cdev_init(struct cdev*cdev, struct file_operations *fops);

还有一个struct cdev的owner字段需要被初始化为THIS_MODULE

告知内核该结构的信息：

int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);

num是设备对应的第一个设备号，count应该是和该设备关联的设备编号的数量。

在驱动程序还没有完全准备好处理设备上的操作时，不能调用cdev_add。

从系统中移除一个字符设备：

void cdev_del(struct cdev *dev);

open和release

open应该完成以下操作：
检查设备特定的错误

如果设备是首次打开，则对其进行初始化

如有必要，更新f_op指针

分配并填写置于filp-private_data里的数据结构。

open方法原型：

int (*open) (struct inode *inode, struct file *filep);

inode参数中i_cdev字段包含注册设备时的cdev的指针

struct cdev结构体在装在模块时被装如内存，全局只有一个。

个人理解：cdev结构体代表着字符设备，自定义的字符设备需要将cdev结构嵌入到自定义的结构体中，当需要访问这个结构体时，需要通过inode结构获得cdev指针，然后通过container_of宏获得自定义结构体的指针。然后将这个指针通过写入file结构的private_data传递给其他文件操作函数。

release应该完成以下操作：

释放由open分配的保存在private_data中的所有内容

在最后一次关闭操作时关闭设备。

并不是每个close方法都调用release方法，只在file中维护的计数器为0时，才调用release。

实例scull的内存结构：

用到定义在<linux/slab.h>的两个函数

void *kmalloc(size_t size, int flags);

void kfree(void *ptr); //将kmalloc返回的指针传给kfree，但传NULL是合法的

定义在<asm/access.h>的两个函数

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);

这两个函数还会检测用户空间指针的有效性，遇到无效地址不拷贝或仅拷贝部分内容，返回值为还需拷贝的数量。如果确定不需要检测，可使用__copy_to_user和__copy_from_user。

read和write：

ssize_t read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offp);

ssize_t write(struct file *filp, const char __user *buff, size_t count, loff_t *offp);

ssize_t类型为“signed size type(有符号的尺寸类型)” loff_t为“long offset type(长偏移量类型)”，指明用户在文件中进行存取操作的位置。

出错时，read和write方法都返回一个负值，大于等于0的返回值告诉的调用程序成功传递输了多少个字节。如果在正确传输部分数据之后发生了错误，则返回值必须是成功传输的字节数，但这个错误只能在下一次函数调用时才会得到报告。这种实现惯例要求驱动程序必须记住错误的发生，这样才能在将来把错误状态返回给应用程序。

内核函数通过返回负值来表示错误，而且该返回值表明了错误的类型，但运行在用户空间的程序看到的始终是作为返回值的-1。为了找出出错的原因，用户空间的程序必须访问errno变量。用户空间这种行为源于POSIX标准，但该标准未对内核内部的操作做任何要求。

read方法：
返回值是等于read系统调用传递的count参数，则说明所请求的字节数成功完成了。

返回值小于count，则说明只传输了部分数据。需要程序继续读取，如果用fread函数，则会一直读

返回值为0,表示已经到文件尾

负值表示出现错误。

还一种情况是，现在没有数据，以后可能会有

write方法：

返回值等于count则完成传输

是正的但小于count，则完成部分

为0表示什么也没写入。但这不是错误，可能是没有理由返回一个错误码，例如阻塞

负值表示错误。错误码定义在<linux/errno.h>

readv和writev

向量操作，这些向量型函数具有一个结构体数组，每个结构包含一个指向缓冲区的指针和一个长度值。如果驱动程序没有提供用于处理向量操作的方法，readv和writev会通过read和write方法的多次调用实现。

原型：ssize_t (*readv) (struct file *filp, const struct iovec *iov, unsigned long count, loff_t *ppos);

ssize_t (*writev)(struct file *filp, const struct iovec *iov, unsigned long count, loff_t  *ppos);

struct iovec

{

void __user *iov_base;

__kernel_size_t iov_len;

}

iovec应由用户程序创建。