Linux驱动开发: 杂项字符设备

Posted 2021-10-03 DS小龙哥

 

一、什么是杂项设备？

        杂项设备（misc device）也是在嵌入式系统中用得比较多的一种设备驱动。

        在Linux内核的include\\linux目录下有Miscdevice.h文件，misc设备定义及其内核提供的相关函数在这里。

        其实是因为这些字符设备不符合预先确定的字符设备范畴，所有这些设备采用主设备10，一起归于misc device，其实misc_register就是用主标号10调用register_chrdev()的。

        也就是说，misc设备其实也就是特殊的字符设备。

        在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。

        miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。

        所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。

        在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。

     miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

​

 

二、描述杂项设备的结构

内核用struct miscdevice的结构体来描述杂项设备：

struct miscdevice  {      
int minor;                       //次设备号，杂项设备的主设备？10  
const char *name;                //设备的名称      
const struct file_operations *fops;   //文件操作  

/* 下面的成员是供内核使用 ，驱动编写不需要理会 */  
struct list_head list;      //misc_list的链表头  
struct device *parent;      //父设备      
struct device *this_device; //当前设备，是device_create的返回值	
}; 

        minor：次设备号，0~255，当传递255时候，会自动由内核分配一个可用次设备号。

        name：备名/dev/下的设备节点名。

        fops：文件操作方法指针。

特点：当安装此类驱动后，会在系统的/dev下生成相应的设备节点文件。

三、内核提供来编写杂项设备的API函数

3.1 注册函数

函数原型	int misc_register(struct miscdevice * misc)
头文件	#include <linux/miscdevice.h>
功能	注册一个杂项设备
参数	misc- 杂项设备的核心结构指针， 至少已经实现minor，name，fops三个成员。
返回值	0，表示注册成功；负数，注册失败。

 3.2 注销函数

函数原型	int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
头文件	#include <linux/miscdevice.h>
功能	注销一个已经存在杂项设备
参数	misc，杂项设备的核心结构指针，已经注册的struct miscdevice结构。
返回值	0，表示注册成功；负数，注册失败。

四、杂项设备的设备号&特征

设备号是用来标志设备。分为设备号和此设备号。其中杂项设备的设备号如下：

主设备号：固定为10。

次设备号：0~255。

a.主设备号固定为10

b.注册后会自动在/dev/目录下生成设备文件

c.使用一个核心结构 struct miscdevice 封装起来了。

五、编写驱动程序

步骤如下：

 1）先写一个模块基本代码
 2）增加设备模型所需要的头文件 
 3）在模块的初始化函数注册设备对应结构体
 4）在模块的出口注销设备对应的结构
 5）按照对应设备模型:注册函数需要的参数反向推出应该的结构体成员。
 

       针对杂项模型：

1）定义一个struct miscdevice  ，并且填充 minor，fops,name成员

 2）定义一个 struct file_operations ，并且填充需要成员

 3）在初始化函数中调用misc_register注册一上步实现的 struct miscdevice 结构变量;

 4）在出口函数中调用misc_deregister注销一上步实现的 struct miscdevice 结构变量;

 5）写一个应用程序测试驱动是否按照自己想法运行，对比结果。

        最核心的工作在实现 file_operations 的接口函数，这些函数才是真正操作硬件的代码。其他的都模型代码。

六、杂项设备示例
6.1. 驱动程序代码清单

/*驱动代码 misc.c */
#include <linux/module.h>       /* Needed by all modules */
#include <linux/init.h>         /* Needed for the module-macros */
#include <linux/fs.h>
#include <linux/miscdevice.h>

static ssize_t misc_read (struct file *pfile, 
                            char __user *buff, 
                            size_t size, loff_t *off)
{
	printk(KERN_EMERG "line:%d,%s is call\\n",__LINE__,__FUNCTION__);
	return 0;
}

static ssize_t misc_write(struct file *pfile, 
                            const char __user *buff, 
                            size_t size, loff_t *off)
{
	printk(KERN_EMERG "line:%d,%s is call\\n",__LINE__,__FUNCTION__);	
	return 0;
}

static int  misc_open(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
	printk(KERN_EMERG "line:%d,%s is call\\n",__LINE__,__FUNCTION__);
	return 0;
}

static int misc_release(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
	printk(KERN_EMERG "line:%d,%s is call\\n",__LINE__,__FUNCTION__);
	return 0;
}

//文件操作方法：根据具体设备实现需要的功能
static const  struct file_operations misc_fops = {
	.read     = misc_read,
	.write    = misc_write,
	.release  = misc_release,
    .open     = misc_open,
};

#define DEV_NAME  "abc"
#if 1  
//C99 标准 新增加的结构体初始化方法，这种可以选其中部分进行初始化，初始化顺序不限
static struct miscdevice  misc_dev =  {
    .fops  =  &misc_fops,       		/* 设备文件操作方法 */
    .minor = 255,                    /* 次设备号 */
    .name  =  DEV_NAME,           	/* 设备名/dev/下的设备节点名   */
};
#else  
//c89标准风格的结构体成员初始，只能按顺序初始化成员（做了解）
static struct miscdevice  misc_dev =  {
    255,              /* 次设备号 */
    DEV_NAME,         /* 设备名/dev/下的设备节点名   */
    &misc_fops        /* 设备文件操作方法 */
};
#endif

static int __init hello_init(void)  
{
    misc_register(&misc_dev);
    printk(KERN_EMERG "misc init \\n");
    return 0;
}

static void  __exit hello_exit(void)
{
    misc_deregister(&misc_dev);
    printk(KERN_EMERG "Goodbye,misc\\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");  	

6.2. 应用程序代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define DEV_NAME  "/dev/abc"

int main(void)
{
    char buf[] = {1, 0, 0, 0};
    int i = 0;
    int fd;   
    //打开设备文件 O_RDWR,  O_RDONLY, O_WRONLY,
    fd = open(DEV_NAME, O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open :%s failt!\\r\\n", DEV_NAME);   
		 return -1;
 	}
   //写数据到内核空间
	write(fd, buf, 4);
	//从内核空间中读取数据
	read(fd, buf, 4);   
	//关闭设备 
	close(fd);
    return 0;
}

6.3.  Makefile 代码 

obj-m := misc.o
KDIR   := /home/work/linux-3.5
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules   
	rm -f *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.unsigned *.order *~ 
	arm-linux-gcc app.c -o app
	cp -f *.ko  app /home/work/rootfs/root
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.unsigned *.order *~