Linux字符設備驅動框架（一）：cdev接口

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*本文爲我的學習記錄，若有錯誤，歡迎指正。

*本文參考資料： 

*　　　　　　　　http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6367061.html

*　　　　　　　　http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6367910.html

*　　　　　　　　http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6369065.html

*　　　　　　　　http://www.javashuo.com/article/p-dnlpbddz-bh.html

*　　　　　　　　http://www.javashuo.com/article/p-rzrvxiho-by.html

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1. 字符設備

字符設備是指在I/O傳輸過程當中以字節爲單位進行傳輸的設備。其特色是，不能隨機讀取字符設備的某一數據，只能按照字節的前後順序讀取數據。常見的字符設備有串口、鍵盤、鼠標等。

字符設備相關數據結構詳見Linux設備管理（二）：內核中字符設備的管理。

 2. 字符設備驅動框架

2.1 註冊驅動

（1）動態申請cdev內存

/* 
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：無
*返回值：
*　　　　成功： cdev 對象首地址
*　　　　失敗：NULL 
*/
struct cdev *cdev_alloc(void);　　

（2）初始化cdev

初始化cdev，創建cdev與file_operations之間的關聯。

/* 
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*        struct cdev *p：                 被初始化的cdev對象  
*        const struct file_operations *p：字符設備操做方法集
*返回值：無 
*/
void cdev_init(struct cdev *p, const struct file_operations *p);　

（3）申請設備號

1）指定設備號

/*
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*    dev_t from：        起始設備號
*    unsigned count：    需註冊的次設備個數
*    const char *name：  設備名稱
*返回值：
*    0：   註冊成功
*    負數： 註冊失敗
*/
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);

2）系統自動分配設備號

/*
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*    dev_t *dev：         輸出型參數，系統自動分配的設備號
*    unsigned baseminor： 次設備的起始編號
*    unsigned count：     次設備的個數
*    const char *name：   設備名稱
*返回值：
*    0：   註冊成功
*    負數： 註冊失敗
*/

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

（4）註冊cdev設備對象

將cdev添加至系統字符設備鏈表中。

/* 
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*        struct cdev *p：被初始化的cdev對象  
*        dev_t dev：     起始設備號
*        unsigned count：該設備連續的次設備號的個數
*返回值：
*         成功：返回0
*         失敗：返回負數
*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);

2.2 建立設備文件

建立設備文件的細節詳見Linux設備文件的建立。

（1）在/sys中導出設備類信息

/* 
*所在文件：/kernel/include/linux/device.h
*參數：
*        owner：類所屬模塊，通常爲THIS_MODULE
*        name： 類名
*返回值：
*        struct class *：指向所建立的類
*/
#define class_create(owner, name)        \
({                                       \
    static struct lock_class_key __key;  \
    __class_create(owner, name, &__key); \
})

（2）建立設備文件

/* 
*所在文件：/kernel/driver/base/core.c
*參數：
*        struct class *class：  被初始化的cdev對象  
*        struct device *parent：父設備
*        dev_t dev：            設備號
*        void *drvdata：　　　　 設備的回調數據
*        const char *fmt：      設備名
*返回值：
*        struct device *：      指向所建立的設備
*/
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)；

2.3 實現設備操做

根據須要實現file_operations中的函數，經常使用的函數以下：

（1）read、write

Linux下各個進程都有本身獨立的進程空間，即便是將內核的數據映射到用戶進程，該數據的PID也會自動轉變爲該用戶進程的PID，因爲這種機制的存在，咱們不能直接將數據從內核空間和用戶空間進行拷貝，而須要專門的拷貝數據函數/宏：

long copy_from_user(void *to, const void __user * from, unsigned long n)

long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

有了這兩個函數，內核中的read,write就能夠實現內核空間和用戶空間的數據拷貝。

（2）ioctl

雖然在文件操做結構體"structfile_operations"中有不少對應的設備操做函數，可是有些命令是實在找不到對應的操做函數。如CD-ROM的驅動，想要一個彈出光驅的操做，這種操做並非全部的字符設備都須要的，因此文件操做結構體也不會有對應的函數操做。

出於這樣的緣由，ioctl就有它的用處了——一些沒辦法歸類的函數就統一放在ioctl這個函數操做中，經過指定的命令來實現對應的操做。因此，ioctl函數裏面都實現了多個的對硬件的操做，經過應用層傳入的命令來調用相應的操做。

ioctl函數使用的詳細方法，詳見Linux驅動程序中ioctl函數的用法。

/* 
*參數：
*　　　　struct inode *inode和struct file *filp： ioctl的操做有多是要修改文件的屬性，或者訪問硬件。要修改文件屬性的話，就要用到這兩個結構體了，因此這裏傳來了它們的指針。
*       unsigned int cmd： 命令
*       unsigned long arg：參數
*返回值： 無 
*/

int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);

2.4 註銷驅動

（1）註銷cdev

將cdev對象從系統字符設備鏈表中剔除，並清理cdev所佔的內存資源。

/* 
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*        struct cdev *p：被註銷的cdev對象  
*返回值：    無
*/
void cdev_del(struct cdev *p);

（2）釋放設備號

/* 
*所在文件：/kernel/fs/char_dev.c
*參數：
*        dev_t from：被註銷設備的起始設備號
*        unsigned count：該設備連續的次設備號個數
*返回值：    無
*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

（3）刪除設備類

/* 
*所在文件：/kernel/driver/base/class.c
*參數：
*        struct class *cls：設備類
*返回值：    無
*/
void class_destroy(struct class *cls);

（4）刪除設備文件

/* 
*所在文件：/kernel/driver/base/core.c
*參數：
*        struct class *class：設備類
*        dev_t devt:            設備號
*返回值：    無
*/
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt);

3. 實例

 詳見驅動程序實例（二）：LED設備驅動程序（ platform + cdev）。