Linux字符设备驱动注册流程

Posted 2020-10-08

其中一部分从伯乐在线和网络上摘抄的内容，不用于商业用途。

一、linux系统将设备分为3类：字符设备、块设备、网络设备。

• 字符设备：是指只能一个字节一个字节读写的设备，不能随机读取设备内存中的某一数据，读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。
• 块设备：是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。

每一个字符设备或块设备都在/d ev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作字符设备和块设备。大体框架如下：

二、字符设备驱动模型

写的已经很详细了。

 

三、自己总结的字符设备驱动流程

1.申请字符类设备号

• 　静态申请 ：

　　　　　　num_dev = MKDEV(numdev_major,numdev_minor);
　　　　　　ret = register_chrdev_region(num_dev,DEVICE_MINOR_NUM,DEVICE_NAME);

 

• 　动态申请：　

　　　　　　ret = alloc_chrdev_region(&num_dev,numdev_minor,DEVICE_MINOR_NUM,DEVICE_NAME);
　　　　　　numdev_major = MAJOR(num_dev);/*获得主设备号*/

2.注册字符类设备

          num_dev = MKDEV(numdev_major,numdev_minor);    

　　　　1.分配内存空间　kmalloc();　　　　　　　　　　

　　　　　　struct reg_dev
　　　　　　{
  　　　　  char *data;
  　　　　  unsigned long size;
    
   　　　　 struct cdev cdev;
　　　　　　};
　　　　　　struct reg_dev *my_devices;
　　　　　　my_devices = kmalloc(DEVICE_MINOR_NUM * sizeof(struct reg_dev),GFP_KERNEL);

　　　　　　/*cdev字符设备文件结构体
　　　　　　在头文件include/linux/cdev.h    */

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

 

　　　　2.字符设备初始化   cdev_init　　(指明owner 和file_operations 的系统调用接口)

    /*数据初始化*/
   　　　　　　 cdev_init(&dev->cdev,&my_fops);
  　　　　　　  dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
   　　　　　　 dev->cdev.ops = &my_fops;

　　　　3.字符设备注册 

	　　　　/*注册到系统*/
	　　　　err = cdev_add(&dev->cdev,devno,1);

3.生成字符类设备节点

　　　　1.创建class类文件  class_create  

　　　　　　

    static struct class *myclass; //只用到了2个元素  .owner=THISMODULE .name =DEVICENAME

　　　　　　class结构体变量
　　　　　　　　– class是设备驱动模型中通用的设备类结构
　　　　　　　　– 在头文件include/linux/device.h的280行

struct class {
        const char              *name;
        struct module           *owner;

        struct class_attribute          *class_attrs;
        struct device_attribute         *dev_attrs;
        struct bin_attribute            *dev_bin_attrs;
        struct kobject                  *dev_kobj;

        int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
        char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode);

        void (*class_release)(struct class *class);
        void (*dev_release)(struct device *dev);

        int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
        int (*resume)(struct device *dev);

        const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;
        const void *(*namespace)(struct device *dev);

        const struct dev_pm_ops *pm;

       struct subsys_private *p;
};

 

　　　　　　myclass = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);

　　　　释放设备class函数class_destroy

　　　　　　参数1：myclass

　　　　2.创建设备节点函数   device_create 　

　　　　　　device_create(myclass,NULL,MKDEV(numdev_major,numdev_minor+i),NULL,DEVICE_NAME"%d",i);

 四、编写简单的应用脚本测试驱动程序

　　　　　　　

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

/*argv[1] is cmd , argv[2] is io_arg*/
int main(int argc , char **argv){
    int fd;
    char *lednode = "/dev/chardevnode0";

    /*O_RDWR只读打开,O_NDELAY非阻塞方式*/    
    if((fd = open(lednode,O_RDWR|O_NDELAY))<0){
        printf("APP open %s failed!\\n",lednode);
    }
    else{
        printf("APP open %s success!\\n",lednode);
            ioctl(fd,atoi(argv[1]),atoi(argv[2]));
            printf("APP ioctl %s ,cmd is %s! io_arg is %s!\\n",lednode,argv[1],argv[2]);
    }
    
    close(fd);
}

 

全部代码：

/*包含初始化宏定义的头文件,代码中的module_init和module_exit在此文件中*/
#include <linux/init.h>
/*包含初始化加载模块的头文件,代码中的MODULE_LICENSE在此头文件中*/
#include <linux/module.h>
/*定义module_param module_param_array的头文件*/
#include <linux/moduleparam.h>
/*定义module_param module_param_array中perm的头文件*/
#include <linux/stat.h>
/*三个字符设备函数*/
#include <linux/fs.h>
/*MKDEV转换设备号数据类型的宏定义*/
#include <linux/kdev_t.h>
/*定义字符设备的结构体*/
#include <linux/cdev.h>
/*分配内存空间函数头文件*/
#include <linux/slab.h>
/*包含函数device_create 结构体class等头文件*/
#include <linux/device.h>

/*Linux中申请GPIO的头文件*/
#include <linux/gpio.h>
#include <mach/gpio-exynos4.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#define DEVICE_NAME "chardevnode"
#define DEVICE_MINOR_NUM 2
#define DEV_MAJOR 0
#define DEV_MINOR 0
#define REGDEV_SIZE 3000
#define LED_NUM 2
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
/*声明是开源的，没有内核版本限制*/
MODULE_AUTHOR("iTOPEET_dz");
/*声明作者*/

int numdev_major = DEV_MAJOR;
int numdev_minor = DEV_MINOR;

/*输入主设备号*/
module_param(numdev_major,int,S_IRUSR);
/*输入次设备号*/
module_param(numdev_minor,int,S_IRUSR);

static struct class *myclass;
static int led_gpios[] = {
    EXYNOS4_GPL2(0),EXYNOS4_GPK1(1),
};
struct reg_dev
{
    char *data;
    unsigned long size;
    
    struct cdev cdev;
};
struct reg_dev *my_devices;
/************        驱动    ***************************************************************************/

static int chardevnode_open(struct inode *inodes, struct file *files)
{
    printk(KERN_EMERG "chardevnode_open success! \\n");
    return 0;
}
static int chardevnode_release (struct inode *inodes, struct file *files)
{
    printk(KERN_EMERG "chardevnode_release success! \\n");
    return 0;
}

static long chardevnode_unlocked_ioctl(struct file *files, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    printk(KERN_EMERG "chardevnode_unlocked_ioctl success! \\n cmd is %d ,arg is %ld\\n",cmd ,arg);
    gpio_set_value(led_gpios[arg], cmd);
    return 0;
}

static ssize_t chardevnode_read(struct file *files, char __user *buf , size_t count, loff_t *f_ops)
{
    return 0;
}
static ssize_t chardevnode_write(struct file *files, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_ops)
{
    return 0;
}
static loff_t chardevnode_llseek(struct file *files, loff_t offset, int ence)
{
    return 0;
}
struct file_operations my_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open     = chardevnode_open,
    .release = chardevnode_release,
    .unlocked_ioctl = chardevnode_unlocked_ioctl,
    .read     = chardevnode_read,
    .write     = chardevnode_write,
    .llseek     = chardevnode_llseek,
};
/******************************************************************************************************/

/*设备注册到系统*/
static void reg_init_cdev(struct reg_dev *dev,int index){
    int err;
    int devno = MKDEV(numdev_major,numdev_minor+index);
    
    /*数据初始化*/
    cdev_init(&dev->cdev,&my_fops);
    dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
    dev->cdev.ops = &my_fops;
    
    /*注册到系统*/
    err = cdev_add(&dev->cdev,devno,1);
    if(err){
        printk(KERN_EMERG "cdev_add %d is fail! %d\\n",index,err);
    }
    else{
        printk(KERN_EMERG "cdev_add %d is success!\\n",numdev_minor+index);
    }
}


static int gpio_init(void)
{
    int ret,i;
    for(i=0;i<2;i++)
    {
        ret = gpio_request(led_gpios[i],"LED");
        if (ret) {
            printk("%s: request GPIO %d for LED failed, ret = %d\\n", DEVICE_NAME,i,ret);
            return -1;
        }
        s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);
        gpio_set_value(led_gpios[i],1);
    }
    return 0;
}


static int scdev_init(void)
{
    int ret = 0,i;
    dev_t num_dev;
    
    
    printk(KERN_EMERG "numdev_major is %d!\\n",numdev_major);
    printk(KERN_EMERG "numdev_minor is %d!\\n",numdev_minor);
    
    if(numdev_major){
        num_dev = MKDEV(numdev_major,numdev_minor);
        ret = register_chrdev_region(num_dev,DEVICE_MINOR_NUM,DEVICE_NAME);
    }
    else{
        /*动态注册设备号*/
        ret = alloc_chrdev_region(&num_dev,numdev_minor,DEVICE_MINOR_NUM,DEVICE_NAME);
        /*获得主设备号*/
        numdev_major = MAJOR(num_dev);
        printk(KERN_EMERG "adev_region req %d !\\n",numdev_major);
    }
    if(ret<0){
        printk(KERN_EMERG "register_chrdev_region req %d is failed!\\n",numdev_major);        
    }
    myclass = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);
    
    
    my_devices = kmalloc(DEVICE_MINOR_NUM * sizeof(struct reg_dev),GFP_KERNEL);
    if(!my_devices){
        ret = -ENOMEM;
        goto fail;
    }
    memset(my_devices,0,DEVICE_MINOR_NUM * sizeof(struct reg_dev));
    
    /*设备初始化*/
    for(i=0;i<DEVICE_MINOR_NUM;i++){
        my_devices[i].data = kmalloc(REGDEV_SIZE,GFP_KERNEL);
        memset(my_devices[i].data,0,REGDEV_SIZE);
        /*设备注册到系统*/
        reg_init_cdev(&my_devices[i],i);
        
        /*创建设备节点*/
        device_create(myclass,NULL,MKDEV(numdev_major,numdev_minor+i),NULL,DEVICE_NAME"%d",i);
    }
    ret = gpio_init();  //初始化IO
        
    printk(KERN_EMERG "scdev_init!\\n");
    /*打印信息，KERN_EMERG表示紧急信息*/
    return 0;

fail:
    /*注销设备号*/
    unregister_chrdev_region(MKDEV(numdev_major,numdev_minor),DEVICE_MINOR_NUM);
    printk(KERN_EMERG "kmalloc is fail!\\n");
    
    return ret;
}

static void scdev_exit(void)
{
    int i;
    printk(KERN_EMERG "scdev_exit!\\n");
    
    /*除去字符设备*/
    for(i=0;i<DEVICE_MINOR_NUM;i++){
        cdev_del(&(my_devices[i].cdev));
        /*摧毁设备节点函数d*/
        device_destroy(myclass,MKDEV(numdev_major,numdev_minor+i));
    }
    /*释放设备class*/
    class_destroy(myclass);
    /*释放内存*/
    kfree(my_devices);
    
        /*释放GPIO*/
    for(i=0;i<LED_NUM;i++){
        gpio_free(led_gpios[i]);
    }
    unregister_chrdev_region(MKDEV(numdev_major,numdev_minor),DEVICE_MINOR_NUM);
}


module_init(scdev_init);
/*初始化函数*/
module_exit(scdev_exit);
/*卸载函数*/