主次设备号的应用

Posted 2023-04-17

参考技术A

当没有使用devfs时，向系统增加一个驱动程序意味着要赋值它一个主设备号。这一赋值过程应该在驱动程序（模块）的初始化过程中完成，它调用如下函数，这个函数定义在<linux/fs.h>：
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);
返回值提示成功或者失败。返回一个负值，表示出错；返回零或正值，表示成功。参数major是所请求的主设备号，name是你的设备的名字，它将在/proc/devices中出现，fops是一个指向函数队列的指针，利用它完成对设备函数的调用。
主设备号是一个用来索引静态字符设备组的整数，“动态分配主设备号”将在本章的稍后部分中介绍怎样选择一个主设备号。2.0内核支持128个设备驱动，而2.2和2.4内核支持256个（保留数值0和255为将来使用）。而次版本号（8位字节的数）并没有传递给register_chrdev函数，因为次版本号是驱动程序自己使用的。开发团队为了增加内核可能支持的设备数量而带来了很大的压力，在开发树2.5版本内核的目标中，设备号至少是16位的。
一旦设备驱动程序注册到内核表中，它的操作都与分配的主设备号匹配，何时在字符设备文件上操作都与它的主设备号相关联，内核都会通过file_operations结构体查找并调用相应的驱动程序中的函数。为了这个原因，传递给register_chrdev的指针应该是指向驱动程序中的全局结构体，而不是一个局部的一个模块初始化函数。
接下来的问题就是如何给程序一个名字以被它们用来请求你的设备驱动程序。这个名字必须插入到/dev目录中，并与你的驱动程序的主设备号和次设备号相连。
在文件系统上创建一个设备节点的命令是mknod，而且你必须是超级用户才能操作。除了要创建的节点名字外，该命令还带三个参数。例如，命令：
mknod /dev/scull0 c 254 0
创建一个字符设备（c），主设备号是254，次设备号是0。由于历史原因，次设备号应该在0-255范围内，有时它们存储在一个字节中。存在很多原因扩展可使用的次设备号的范围，但就现在而言，仍然有8位限制。
请注意：如果一旦用mknod生成了一个特别的设备文件，它就永远存在了硬盘上，除非你明白的删除了它。你可以通过执行命令rm命令来删除例子中的设备。
rm /dev/scull0

设备节点如何与设备驱动关联

1、上层应用如何调用设备驱动

(1)在linux中一切皆是文件，设备驱动程序对上层应用程序来说和普通文件没什么差异；
(2)上层应用程序通过设备节点来访问驱动程序，在驱动程序注册到内核后，用申请到的主次设备号来创建设备节点；

2、向内核注册字符驱动

(1)向内核注册字符驱动：将构建的struct cdev结构体和申请得到的主次设备号注册注册到chrdevs全局变量中；
(2)具体的驱动注册过程，参考博客：《字符设备驱动详解(主次设备号、注册/卸载字符设备驱动、创建设备节点、地址映射)》；

3、重要的结构体

参考博客：《驱动中重要的三个结构体介绍：struct inode、struct file、struct file_operations》；

4、chrdevs全局变量

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE	255

static struct char_device_struct 
	struct char_device_struct *next;
	unsigned int major;
	unsigned int baseminor;
	int minorct;
	char name[64];
	struct cdev *cdev;		/* will die */
 *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

(1)chrdevs全局变量是用来管理内核中所有的字符设备，所谓的字符驱动程序注册，就是将struct cdev结构体和主次设备号注册到chrdevs数组中;
(2)chrdevs数组有255个成员变量，也就是说内核中最多支持255个字符设备驱动程序；

5、设备节点和驱动程序关联

5.1、创建设备节点

(1)在申请到主次设备号并注册驱动后，要根据主次设备号创建设备节点：/dev/xxx;
(2)自动创建设备节点，参考博客：《字符设备驱动程序自动创建设备节点详解》；
(3)手动创建设备节点：在知道驱动程序的主次设备号后，用mknod命令手动创建设备节点，比如：mknod /dev/com1 c 237 1，创建主设备号是237次设备号是1的设备节点/dev/com1；
总结：创建的设备节点本质是个文件，文件就会有一个struct inode结构体与之对应，并且struct inode结构体里保存了主次设备号，可以通过这个主次设备号查找到注册的驱动程序，驱动程序的struct file_operations结构体也会被保存到struct inode结构体中；

5.2、应用程序打开设备节点

struct file_operations 
	struct module *owner;
	······
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	
	//open打开设备节点对应的函数
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	
	//close关闭设备节点对应的函数
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
;

(1)应用程序打开设备节点和打开普通的文件没有区别，都是使用open、read函数。在用open函数打开设备节点时，实际底层调用注册驱动时构建的struct file_operations结构体的open函数指针。
(2)在调用struct file_operations结构体的open函数时，会传入设备节点对应的struct inode结构体指针和struct file结构体指针；

5.3、总结

(1)在注册字符设备程序时，会将构建的描述字符设备驱动的struct cdev结构体添加到chrdevs全局变量中，其中就包括了主次设备号；
(2)无论是手动还是自动创建设备节点，都是需要传入主次设备号的，设备节点对应的struct inode结构体里就包含了主次设备号；
(3)struct inode结构体中有主次设备号，依靠主次设备号就可以去chrdevs全局变量中把之前注册的设备驱动程序找到；
总结：主次设备号是串连这一切的关键；