字符设备驱动程序之二

4. 字符设备的注册

在内核调用设备的操作之前，必须分配并注册一个或多个struct cdev结构(在<linux/cdev.h>中定义)。

分配和初始化该结构有两种方式。如果在模块运行时需要获取一个独立的cdev结构，则应该编写如下代码：

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

my_cdev->ops = &my_fops;

如果cdev结构需要嵌入到自己的设备特定结构中，就使用：

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

在cdev结构设置好后，就可以调用如下函数告诉内核该结构的信息：

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

在使用cdev_add时，需要注意：一是这个调用可能会失败；二是只要cdev_add返回成功，就表明内核可以用该设备了。

从系统中移除一个字符设备：

void cdev_del(struct cdev *dev);

 

4.1. scddp中的设备注册

在scddp内部，是由下面这个结构来表示每个设备：

typedef struct scddp_dev { struct scddp_qset *data; /* 指向第一个量子集的指针*/ struct scddp_dev *next; /* 下一个scddp设备 */ int quantum; /* 当前量子的大小 */ int qset; /* 当前数组的大小 */ unsigned long size; /* 保存在其中的数据总量 */ struct semaphore sem; /* 互斥信号量 */ struct cdev cdev; /* 字符设备结构 */ } scddp_dev_s;

该结构需要被初始化并添加到系统中，代码如下：

static scddp_setup_cdev(struct scddp_dev *dev, int index) { int err; cdev_init(&dev, &scddp_fops); dev->cdev.owner = THIS_MODULE; dev->cdev.ops = &scddp_fops; err = cdev(&dev->cdev, devno, 1); if(err) printk(KERN_NOTICE "Error %d adding scddp%d/n ", err, index); }  

4.2. 早期的设备注册

注册一个字符设备驱动程序的经典方式：

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

从系统移除设备的对应函数是：

int unregister_chrdev(unsigned int major, const char*name);

 

5. open和release方法

5.1. open方法

open方法提供给驱动程序初始化的能力，完成的工作如下：

1) 检查设备特定的错误

2) 如果是首次打开，则对其进行初始化

3) 如有必要，初始化f_op指针

4) 分配并填写filep->private_data的数据结构

open方法原型：

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

我们通常不需要cdev结构，而是希望得到包含cdev结构的scddp结构。在这种情况下，内核帮助我们实现了此类技术，在<linux/kernel.h>中的container_of宏有实现。

container_of(pointer, container_type,container_field);

这个宏需要一个container_field字段的指针，该字段包含在container_type类型的结构中，然后返回包含该字段的结构指针。

另外一个确定要打开的设备的方法是：检查保存在inode结构中的次设备号。如果利用register_chrdev注册地设备，则必须使用该技术，而且一定要用iminor宏从inode结构中获取次设备号，并确保它对应于驱动程序真正准备打开的设备。

int scddp_open(struct inode *inode, struct file *filp) { struct scddp_dev *dev; dev = container_of(inode->i_cdev, struct scddp_dev, cdev); filp->private_data = dev; if((filp->f_flags & O_ACCMODE) == O_WEONLY) { scddp_trim(dev); } return 0; }

这段代码没有做什么工作，是因为scddp设备被设计为全局而持久。由于我们并不维护scddp的打开计数，而只维护模块的使用计数，因此没有类似"首次打开时要初始化设备"的工作。对设备唯一的实际操作是当设备以写方式打开时，它的长度将截为0。

 

5.2. release方法

relsease方法完成下面任务：

1) 释放由open分配、保存在filp->private_data中的所有内存

2) 在最后一次关闭操作时关闭设备

由于scddp没有需要关闭的硬件，因此代码简单：

int scddp_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

    return 0;

}

注意：并不是每个close系统调用都会引起对release方法的调用。内核对每个file结构维护其被使用多少次的计数器。无论是fork还是dup，都不会创建新的数据结构(进由open创建)，只是增加已有结构的计数。只有在file结构的计数归为0时，close系统调用才会真正的调用release方法。同时，flush方法在应用程序每次调用close时都会被调用。

 

6. scddp内存使用

scddp使用的内存区域称为设备，其长度是可变的，写得越多，它就变得越长。Scddp驱动程序引入了Linux内核中用于内存管理的两个核心函数：

void *kmalloc(size_t size, inf flags);

void kfree(void *ptr);

在scddp中，每个设备都是一个指针链表，其中每个指针都指向一个scddp_qset结构：

struct scddp_qset{ void **data; struct scddp_qset *next; };

下面是scddp_trim函数，负责释放整个数据区，并且在文件以写方式打开时由scddp_open调用。

int scddp_trim(struct scddp_dev *dev) { scddp_dev_s *next, *dptr; int qset = dev->qset; /* "dev" 不是NULL */ int i; for (dptr = dev; dptr; dptr = next) { /* 释放所有的数据区域 */ if (dptr->data) { for (i = 0; i < qset; i++) if (dptr->data[i]) kfree(dptr->data[i]); kfree(dptr->data); dptr->data=NULL; } next=dptr->next; if (dptr != dev) kfree(dptr); } dev->size = 0; dev->quantum = scddp_quantum; dev->qset = scddp_qset; dev->next = NULL; return 0; }

模块的清除函数也调用scddp_trim函数，以把由scddp所使用的内存返回给系统。