字符设备驱动分析(1)

转自：http://edsionte.com/techblog/archives/1362 我自己加了一些注释

 

熟悉了模块编程的基本框架后，我们就可以试着分析一个简单的字符设备驱动。下面以《设备驱动开发详解》一书中的代码6.17为例来分析这个字符设备驱动的代码。

我们现在对于对前文中hello，kernel内核模块进行稍微的改动。我们都知道内核模块的入口函数是module_init（function name）内注册的函数。也就是告诉内核“从这个函数入口”。那么我们分析字符设备驱动模块，首先应该去看globalmem_init函数。

module_init(globalmem_init); module_exit(globalmem_exit);

 

在globalmem_init函数中，首先通过宏MKDEV获得32位的设备驱动号。通常linux中的设备号由主设备号和次设备号组成，主设备号对应每一类设备，而次设备号对应该类设备的具体一个设备。dev_t类型前12位是主设备号（但事实上主设备号的前四位被屏蔽了，如果去看源码就可得知），后20位为次设备号。由于可以事先指定主设备号globalmem_major，因此我们需要用宏MKDEV来获得dev_t类型的设备号：

dev_t其实是32位的无符号数，详见http://hi.baidu.com/feixianfderen/blog/item/2fb56760a81962d78cb10d5a.html

#define MINORBITS 20 #define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

 

这个宏通过移位和或运算，巧妙的得到dev_t类型的设备号。这个宏可以在include/linux/kdev_t.h中查找到。网上有的资料中会给出MINORBITS为8，这个应该是适合16位的设备号的情况。

接着通过全局变量globamem_major来判断是否事先分配了起始的设备号。如果是，则继续分配连续的一段设备号，否则动态分配设备号，并且通过MAJOR宏获得分配以后的主设备号。这里需要强调的是，下面的两种设备号分配函数，都是一次性分配一组连续的设备号（当然也可以只分配一个设备号，调整参数即可）。

首先我们分析已知起始设备号的情况。通过调用register_chrdev_region函数，便可以申请到一组连续范围的设备号。在linux/fs/char_dev.c中可以看到此函数的原型。

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

其中from是首设备号，而count是这组连续设备号的数目。name为设备名。而《设备》一书中的count为1，也就是说，这组设备号的数量为1。

其次，当起始设备号并未指定时就要动态的申请了，使用下面的函数：

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

与上面静态分配函数不同的是，此时dev是一个指针类型，因为要返回将要分配的设备号。关于以上两个函数的内核源码分析，具体参见这里。

以上都成功执行后，我们给globalmem_devp指针分配内存空间。其中globalmem_devp是一个指向globalmem设备结构体的指针。我们通过mmset对此块内存空间进行初始化之后。接着globalmem_setup_cdev函数对cdev初始化并将此字符设备注册到内核。

 

//设备驱动模块加载函数 int globalmem_init(void) { int result; //表示主设备号为globalmem_major,次设备号为0 dev_t devno=MKDEV(globalmem_major,0); if(globalmem_major) { //当指定了主设备号 result=register_chrdev_region(devno,1,"globalmem"); } else { //未指定主设备号，动态分配函数 result=alloc_chrdev_region(&devno,0,1,"globalmem");//&devno通过引用来取得返回的设备号(包括主设备和次设备) //#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))，通过dev_t取得主设备号 globalmem_major=MAJOR(devno); } if(result<0) return result; //kmalloc定义在<linux/slab> globalmem_devp=kmalloc(sizeof(struct globalmem_dev),GFP_KERNEL); if(!globalmem_devp) /*申请失败*/ { result=-ENOMEM;//ENOMEM可以暂时认为是“核心内存不足”，加负号是因为错误号一般都是负的 goto fail_malloc; } //初始化globalmem_devp数据(清空) memset(globalmem_devp,0,sizeof(struct globalmem_dev)); //自定义的初始化并注册cdev的函数,参数0是次设备号 globalmem_setup_cdev(globalmem_devp,0); return 0; //释放设备号 /* void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); 　　 first为第一个设备号，count为申请的设备数量 */ fail_malloc:unregister_chrdev_region(devno,1); return result; }

 

上面的程序已经很“整齐”的说明了init函数的主要作用。具体如下：

1.申请设备号

2.为设备相关的数据结构分配内存

3.初始化并注册cdev(globalmem_setup_cdev函数实现)

有了字符设备驱动的加载函数，那么肯定有卸载函数：

void globalmem_exit(void) { cdev_del(&globalmem_devp->cdev);//注销掉cdev kfree(globalmem_devp);//回收使用完的内存 unregister_chrdev_region(MKDEV(globalmem_major, 0), 1);//释放设备号 }

 

总体来看，globalmem_init函数完成的是字符设备的一些初始化工作，以及向系统内注册。而globalmem_exit就是进行字符设备的释放工作：从内核中删除这个字符设备，释放设备结构体所占的内存，以及释放申请的设备号。从结构上看，它并没有偏离内核模块编程的结构范围，仍然是我们熟悉的hello,kernel。

我们在此先暂时将globalmem_setup_cdev函数内部的实现用return 0;来代替。那么我们现在用插入内核模块的命令将我们这个字符设备驱动（尽管许多功能还未实现）插入到内核中。成功后我们可以通过cat /proc/devices 命令来查看刚刚字符设备名称以及主设备号。/proc是一个虚拟的文件系统，这里的虚拟是指这个文件系统并不占用磁盘空间而只存在于内存中。而该目录下的devices文件中存储着系统字符和块设备的驱动名称以及设备编号。

接下来，我们可以通过:mknod /dev/globalmem c 250 0命令创建一个设备节点。有了这个设备节点后，就可以对它进行类似普通文件那样的操作了（当然现在还不能，因为并未实现具体的操作函数）。

这样一个字符驱动的大致上有了雏形。

 

一些知识点：

kmalloc的详细讲解请参考：http://linux.chinaunix.net/techdoc/develop/2008/09/28/1035241.shtml

 

 

这个是完整的源代码，包括Makefile  http://download.csdn.net/source/3316399