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Linux系統(tǒng)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架筆記
不積跬步，何以至千里。掌握知識(shí)都是從很小的點(diǎn)開始的。下面是小編整理的Linux系統(tǒng)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架筆記，歡迎閱讀!
字符設(shè)備是Linux三大設(shè)備之一(另外兩種是塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，字符設(shè)備就是字節(jié)流形式通訊的I/O設(shè)備，絕大部分設(shè)備都是字符設(shè)備，常見的字符設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、串口等等，當(dāng)我們執(zhí)行 ls -l /dev 的時(shí)候，就能看到大量的設(shè)備文件， c 就是字符設(shè)備， b 就是塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件。編寫一個(gè)外部模塊的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，除了要實(shí)現(xiàn)編寫一個(gè)模塊所需要的代碼之外，還需要編寫作為一個(gè)字符設(shè)備的代碼。
驅(qū)動(dòng)模型
Linux一切皆文件，那么作為一個(gè)設(shè)備文件，它的操作方法接口封裝在 struct file_operations ，當(dāng)我們寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，一定要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口，這樣才能使這個(gè)驅(qū)動(dòng)可用，Linux的內(nèi)核中大量使用"注冊(cè)+回調(diào)"機(jī)制進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的編寫，所謂注冊(cè)回調(diào)，簡(jiǎn)單的理解，就是當(dāng)我們open一個(gè)設(shè)備文件的時(shí)候，其實(shí)是通過VFS找到相應(yīng)的inode，并執(zhí)行此前創(chuàng)建這個(gè)設(shè)備文件時(shí)注冊(cè)在inode中的open函數(shù)，其他函數(shù)也是如此，所以，為了讓我們寫的驅(qū)動(dòng)能夠正常的被應(yīng)用程序操作，首先要做的就是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的方法，然后再創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)備文件。
#include //for struct cdev
#include //for struct file
#include //for copy_to_user
#include //for error number
/* 準(zhǔn)備操作方法集 */
/*
struct file_operations {
struct module *owner; //THIS_MODULE
//讀設(shè)備
ssize_t (*read) (struct file *， char __user *， size_t， loff_t *);
//寫設(shè)備
ssize_t (*write) (struct file *， const char __user *， size_t， loff_t *);
//映射內(nèi)核空間到用戶空間
int (*mmap) (struct file *， struct vm_area_struct *);
//讀寫設(shè)備參數(shù)、讀設(shè)備狀態(tài)、控制設(shè)備
long (*unlocked_ioctl) (struct file *， unsigned int， unsigned long);
//打開設(shè)備
int (*open) (struct inode *， struct file *);
//關(guān)閉設(shè)備
int (*release) (struct inode *， struct file *);
//刷新設(shè)備
int (*flush) (struct file *， fl_owner_t id);
//文件定位
loff_t (*llseek) (struct file *， loff_t， int);
//異步通知
int (*fasync) (int， struct file *， int);
//POLL機(jī)制
unsigned int (*poll) (struct file *， struct poll_table_struct *);
。。。
};
*/
ssize_t myread(struct file *filep， char __user * user_buf， size_t size， loff_t* offset)
{
return 0;
}
struct file fops = {
.owner = THIS_MODULE，
.read = myread，
...
};
/* 字符設(shè)備對(duì)象類型 */
struct cdev {
//public
struct module *owner; //模塊所有者(THIS_MODULE)，用于模塊計(jì)數(shù)
const struct file_operations *ops; //操作方法集(分工:打開、關(guān)閉、讀/寫、...)
dev_t dev; //設(shè)備號(hào)(第一個(gè))
unsigned int count; //設(shè)備數(shù)量
//private
...
};
static int __init chrdev_init(void)
{
...
/* 構(gòu)造cdev設(shè)備對(duì)象 */
struct cdev *cdev_alloc(void);
/* 初始化cdev設(shè)備對(duì)象 */
void cdev_init(struct cdev*， const struct file_opeartions*);
/* 為字符設(shè)備靜態(tài)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào) */
int register_chedev_region(dev_t from， unsigned count， const char* name);
/* 為字符設(shè)備動(dòng)態(tài)申請(qǐng)主設(shè)備號(hào) */
int alloc_chedev_region(dev_t* dev， unsigned baseminor， unsigned count， const char* name);
MKDEV(ma，mi) //將主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)組合成設(shè)備號(hào)
MAJOR(dev) //從dev_t數(shù)據(jù)中得到主設(shè)備號(hào)
MINOR(dev) //從dev_t數(shù)據(jù)中得到次設(shè)備號(hào)
/* 注冊(cè)字符設(shè)備對(duì)象cdev到內(nèi)核 */
int cdev_add(struct cdev* ， dev_t， unsigned);
...
}
static void __exit chrdev_exit(void)
{
...
/* 從內(nèi)核注銷cdev設(shè)備對(duì)象 */
void cdev_del(struct cdev* );
/* 從內(nèi)核注銷cdev設(shè)備對(duì)象 */
void cdev_put(stuct cdev *);
/* 回收設(shè)備號(hào) */
void unregister_chrdev_region(dev_t from， unsigned count);
...
}
實(shí)現(xiàn)read，write
Linux下各個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的進(jìn)程空間，即使是將內(nèi)核的數(shù)據(jù)映射到用戶進(jìn)程，該數(shù)據(jù)的PID也會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵撚脩暨M(jìn)程的PID，由于這種機(jī)制的存在，我們不能直接將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間和用戶空間進(jìn)行拷貝，而需要專門的拷貝數(shù)據(jù)函數(shù)/宏：
long copy_from_user(void *to， const void __user * from， unsigned long n)
long copy_to_user(void __user *to， const void *from， unsigned long n)
這兩個(gè)函數(shù)可以將內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝到回調(diào)該函數(shù)的用戶進(jìn)程的用戶進(jìn)程空間，有了這兩個(gè)函數(shù)，內(nèi)核中的read，write就可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核空間和用戶空間的數(shù)據(jù)拷貝。
ssize_t myread(struct file *filep， char __user * user_buf， size_t size， loff_t* offset)
{
long ret = 0;
size = size > MAX_KBUF?MAX_KBUF:size;
if(copy_to_user(user_buf， kbuf，size)
return -EAGAIN;
}
return 0;
}
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