Linux-标准字符设备

Posted 2021-03-06 卢老师

1. 标准字符设备

标准字符是内核对字符设备驱动的一种管理方式。

标准字符设备和早期字符、杂项字符设备本质上相同，都是对字符设备驱动的不同管理方式。

一个设备驱动，不管用早期字符设备、杂项字符设备、标准字符设备去管理，设备驱动功能没有任何区别！

标准字符设备是由早期字符设备拓展得到的，是由早期字符设备发展而来的，和早期字符设备80%相似！

标准字符设备的用途：主要在早期字符设备基础上，拓展了设备号的范围！

标准字符设备也可以用来管理一类类的设备！

特殊声明：标准字符设备的设备号分配比较灵活、自由！

 

3.1 标准字符设备的特性

字符设备具备三种核心属性：设备号、设备节点文件、文件操作集合

标准字符设备的设备号分布：u32  devnum = (major << 20) | minor;

主设备号： 0 ~ 2^12

次设备号： 0 ~ 2^20

设备节点文件：

标准字符设备注册成功之后，分配得到设备号。但是设备节点文件并不会自动创建，需要手动创建！

例： mknod   /dev/led_hehe   c   major   minor

文件操作集合：

所有设备驱动的文件操作集合完全相同。

 

3.2 标准字符设备结构体

标准字符设备结构体实质上和早期字符设备结构体一样！

标准字符设备结构体：struct  cdev

struct cdev {

struct kobject kobj;

struct module* owner; //THIS_MODULE

const struct file_operations* ops; //文件操作集合

struct list_head  list; //字符设备总线

dev_t dev; //设备号

unsigned int count; //要同时连续注册的设备个数

};

 

3.3 标准字符设备注册函数

标准字符设备是由早期字符设备拓展而来的，分析早期字符设备注册函数，可以获取标准字符设备注册方式！

早期字符设备注册函数分析： register_chrdev();

register_chrdev();

--> __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops); //因为该函数，早期字符设备才必须同时注册256个次设备号

--> struct cdev *cdev; // 1. 字符设备结构体指针变量声明

--> __register_chrdev_region(major, baseminor, count, name);//2. 分配一个主设备号对应的多个连续次设备号

--> cdev = cdev_alloc(); //3. 在内核层分配字符设备结构体变量空间

--> cdev->owner = fops->owner; //4. 对字符设备结构体变量赋值

--> cdev->ops = fops;

--> kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);

--> cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, baseminor), count); //5. 注册当前字符设备到字符设备总线

--> return major ? 0 : cd->major;

 

根据早期字符设备注册流程，分析得到标准字符设备注册方式：

1）根据标准字符设备结构体定义结构体指针变量，用来表示当前设备驱动。  --> struct  cdev

2）分配结构体变量空间。 -->  cdev_alloc();

3）申请设备号。可以申请一个主设备号对应的多个连续次设备号。 --> alloc_chrdev_region();

4）标准字符设备结构体变量初始化。 --> cdev_init();

5）注册标准字符设备到字符设备总线。 -->  cdev_add();

 

cdev_alloc();

函数原型：struct  cdev *cdev_alloc(void);

函数功能：在内核层分配标准字符设备结构体变量空间

形参列表：无

返回值：

成功：分配得到的结构体变量空间首地址

失败：NULL

释放结构体空间：void  kfree(const void* p);

 

alloc_chrdev_region();

函数原型：int  alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);

函数功能：申请一个主设备号及其对应的多个连续次设备号

形参列表：

dev：指针类型的传参。 用来接收申请得到的起始设备号。

baseminor：起始次设备号

count：同时申请的连续次设备号的个数

name：设备号标签（随意）

返回值：

成功：0

失败：负数

释放设备号：void  unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

 

cdev_init();

函数原型：void  cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);

函数功能：对标准字符设备结构体变量初始化（主要初始化文件操作集合）

形参列表：

cdev：要初始化的结构体变量

fops：文件操作集合

返回值：无

 

cdev_add();

函数原型：int  cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);

函数功能：注册字符设备驱动到字符设备总线。（可以同时注册多个设备）

形参列表：

p：要注册的设备驱动对应的设备结构体

dev：要注册的起始设备号

count：要连续注册的设备号的个数

返回值：

成功：0

失败：负数

注销函数：void  cdev_del(struct cdev *p);

 

补充：设备号和主设备号、次设备号之间转换的方式！

#define MINORBITS 20

#define MINORMASK ((1UL << MINORBITS) - 1)

#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))

#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

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