Linux新字符设备驱动

本文主要是介绍Linux新字符设备驱动，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

一、分配和释放设备号

使用register_chrdev函数注册字符设备的时候只需要给定一个主设备号即可，但是这样会带来两个问题：

• ①、需要事先确定好哪些主设备号没有使用。
• ②、会将一个主设备号下的所有次设备号都使用掉，比如现在设置LED这个主设备号为200，那么0~1048575(2^20-1)这个区间的次设备号就全部都被LED一个设备分走了。这样太浪费次设备号了！一个LED设备肯定只能有一个主设备号，一个次设备号。

解决这两个问题最好的方法就是要使用设备号的时候向Linux内核申请，需要几个就申请几个，由Linux内核分配设备可以使用的设备号。如果没有指定设备号的话就使用如下函数来申请设备号：

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

如果给定了设备的主设备号和次设备号就使用如下所示函数来注册设备号即可：

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

参数from是要申请的起始设备号，也就是给定的设备号；参数count是要申请的数量，一般都是一个；参数name是设备名字。
注销字符设备之后要释放掉设备号，不管是通过alloc_chrdev_region函数还是register_chrdev_region函数申请的设备号，统一使用如下释放函数：

void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)

新字符设备驱动下，设备号分配示例代码如下：

int major;/*主设备号*/
int minor;/*次设备号*/
dev_t devid;/*设备号*/
if (major) {/*定义了主设备号*/
devid=MKDEV(major,0);/*大部分驱动次设备号都选择0*/
register_chrdev_region(devid,1,"test");
} else {/*没有定义设备号*/
alloc_chrdev_region(&devid,0,1,"test");/*申请设备号*/
major = MAJOR(devid);/*获取分配号的主设备号*/
minor=MINOR(devid);/*获取分配号的次设备号*/

• 第1~3行，定义了主/次设备号变量major和minor，以及设备号变量devid。
• 第5行，判断主设备号major是否有效，在Linux驱动中一般给出主设备号的话就表示这个设备的设备号已经确定了，因为次设备号基本上都选择0，这算个Linux驱动开发中约定俗成的一种规定了。
• 第6行，如果major有效的话就使用MKDEV来构建设备号，次设备号选择0。
• 第7行，使用register_chrdev_region函数来注册设备号。
• 第9~11行，如果major无效，那就表示没有给定设备号。此时就要使用alloc_chrdev_region函数来申请设备号。设备号申请成功以后使用MAJOR和MINOR来提取出主设备号和次设备号。

注销设备号的话，使用下面代码即可：

unregister_chrdev_region(devid, 1);/*注销设备号*/

二、新字符设备注册方法

1、字符设备结构
在Linux中使用cdev结构体表示一个字符设备，cdev结构体在include/linux/cdev.h文件中的定义如下：

struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
}

在cdev中有两个重要的成员变量：ops和dev，这两个就是字符设备文件操作函数集合file_operations以及设备号dev_t。编写字符设备驱动之前需要定义一个cdev结构体变量，这个变量就表示一个字符设备，如下所示：

struct cdev test_cdev;

2、cdev_init函数
定义好cdev变量以后就要使用cdev_init函数对其进行初始化，cdev_init函数原型如下：

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

参数cdev就是要初始化的cdev结构体变量，参数fops就是字符设备文件操作函数集合。使用cdev_init函数初始化cdev变量的示例代码如下：

struct cdev testcdev;
/*设备操作函数*/
static struct file_operations test_fops = {
.owner=THIS_MODULE,
/*其他具体的初始项*/
};
testcdev.owner=THIS_MODULE;
cdev_init(&testcdev,&test_fops);/*初始化cdev结构体变量*/

3、cdev_add函数
cdev_add函数用于向Linux系统添加字符设备（cdev结构体变量），首先使用cdev_init函数完成对cdev结构体变量的初始化，然后使用cdev_add函数向Linux系统添加这个字符设备。cdev_add函数原型如下：

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

参数p指向要添加的字符设备（cdev结构体变量），参数dev就是设备所使用的设备号，参数count是要添加的设备数量。完整示例代码如下，加入cdev add函数，内容如下所示：

struct cdev testcdev;
/*设备操作函数*/
static struct file_operations test_fops = {
.owner=THIS_MODULE,
/*其他具体的初始项*/
};
testcdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&testcdev,&test_fops);/*初始化cdev结构体变量*/
cdev_add(&testcdev,devid,1);/*添加字符设备*/

4、cdev_del函数
卸载驱动的时候一定要使用cdev_del函数从Linux内核中删除相应的字符设备，cdev_del函数原型如下：

void cdev_del(struct cdev *p)

参数p就是要删除的字符设备。如果要删除字符设备，参考如下代码：

cdev_del(&testcdev);/*删除cdev*/

cdev_del和unregister_chrdev_region这两个函数合起来的功能相当于unregister_chrdev函数。

三、自动创建设备节点

1、mdev机制
udev是一个用户程序，在Linux下通过udev来实现设备文件的创建与删除，udev可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用modprobe命令成功加载驱动模块以后就自动在/dev目录下创建对应的设备节点文件，使用rmmod命令卸载驱动模块以后就删除掉/dev目录下的设备节点文件。使用busybox构建根文件系统的时候，busybox会创建一个udev的简化版本一mdev，所以在嵌入式Linux中使用mdev来实现设备节点文件的自动创建与删除，Linux系统中的热插拔事件也由mdev管理，在/etc/init.d/rcS文件中如下语句：

echo/sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug

2、创建和删除类
自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在cdev_add函数后面添加自动创建设备节点相关代码。首先要创建一个class类，class是个结构体，定义在文件include/linux/device.h里面。class_create是类创建函数，class_create是个宏定义，内容如下：

#define class create (owner, name)\
({                                \
static struct lock_class_key_key; \
_class_create(owner,name,&_key); \
})
struct class * _ class _ create ( struct module * owner , const char * name ,struct lock_class_key*key)

根据上述代码，将宏class_create展开以后内容如下：

struct class *class_create(struct module*owner,const char*name)

class_create一共有两个参数，参数owner一般为THIS_MODULE，参数name是类名字。返回值是个指向结构体class的指针，也就是创建的类。
卸载驱动程序的时候需要删除掉类，类删除函数为class_destroy，函数原型如下：

void class_destroy(struct class*cls);

参数cls就是要删除的类。

3、创建设备
使用device_create函数在类下面创建设备，device_create函数原型如下：

struct device *device_create(struct class *class,
struct device *parent,
dev_t devt,
void *drvdata,
const char *fmt,...)

device_create是个可变参数函数。

• 参数class就是设备要创建哪个类下面；
• 参数parent是父设备，一般为NULL,也就是没有父设备；
• 参数devt是设备号；
• 参数drvdata是设备可能会使用的一些数据，一般为NULL;
• 参数fmt是设备名字，如果设置fmt=xxx的话，就会生成/dev/xxx 这个设备文件。
• 返回值就是创建好的设备。

同样的，卸载驱动的时候需要删除掉创建的设备，设备删除函数为device_destroy，函数原型如下：

void device_destroy(struct class*class,dev_t devt)

参数class是要删除的设备所处的类，参数devt是要删除的设备号。

参考模板：

struct class *class;/*类*/
struct device *device; /*设备*/
dev_t devid;/*设备号*/

/*驱动入口函数*/
static int _init led_init(void)
{
/*创建类*/
	class = class _ create ( THIS _ MODULE , " xxx " ) ;
/*创建设备*/
	device = device _ create ( class , NULL , devid , NULL , " xxx " ) ;
return 0;
}
/*驱动出口函数*/
static void_exit led_exit(void)
{
/*删除设备*/
	device_destroy(newchrled.class,newchrled.devid);
/*删除类*/
	class_destroy(newchrled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

Linux新字符设备驱动就讲解到这里啦！！！

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