字符設備驅動程序

Linux中，根據設備的類型能夠分爲三類：字符設備、塊設備和網絡設備。

字符設備：應用程序按字節/字符來讀寫數據，一般不支持隨機存取。咱們經常使用的鍵盤、串口都是字符設備。

塊設備：應用程序能夠隨機訪問設備數據。典型的塊設備有硬盤、SD卡、閃存等，應用程序 能夠尋址磁盤上的任何位置，並由此讀取數據。此外，數據的讀寫只能以塊的倍數進行。

網絡設備是一種特殊設備，它並不存在於/dev下面，主要用於網絡數據的收發。

0x01 前置知識

用戶使用open函數打開設備文件，作了些什麼工做：

 （引自https://embed-linux-tutorial.readthedocs.io/zh_CN/latest/linux_driver/character_device.html）

設備文件一般在開機啓動時自動建立的，不過，咱們仍然可使用命令mknod來建立一個新的設備文件，命令的基本語法以下：

mknod 設備名 設備類型 主設備號 次設備號

當咱們使用上述命令，建立了一個字符設備文件時，實際上就是建立了一個設備節點inode結構體，而且將該設備的設備編號記錄在成員i_rdev，將成員f_op指針指向了def_chr_fops結構體。這就是mknod負責 的工做內容。

(之間的過程有點多，詳細地可照着圖看源碼瞭解)總的來講用戶調用open函數時，最終會調用file結構體中的f_op，即def_chr_fops。

在Linux內核中，使用結構體cdev來描述一個字符設備。函數chrdev_open最終將該文件結構體file的成員f_op替換成了cdev對應的ops成員，並執行ops結構體中的open函數。

咱們使用對該文件描述符fd調用read、write函數，最終都會調用file結構體對應的函數，實際上也就是調用cdev結構體中ops結構體內的相關函數。

總結一下整個過程，當咱們使用open函數，打開設備文件時，會根據該設備的文件的設備號找到相應的設備結構體，從而獲得了操做該設備的方法。也就是說若是咱們要添加一個新設備的話，咱們須要提供一個設備號，一個設備結構體以及操做該設備的方法（file_operations結構體）。接下來，咱們將介紹以上的三個內容。

0x02 設備驅動程序的編寫

(引自哪我也不記得了)

 1)定義cdev設備

//第一種方式
static struct cdev chrdev;
//第二種方式
struct cdev *cdev_alloc(void);

2）分配/註銷設備號

Linux的各類設備都以文件的形式存放在/dev目錄下，爲了管理這些設備，系統爲各個設備進行編號，每一個設備號又分爲主設備號和次設備號。主設備號用來區分不一樣種類的設備，如USB，tty等，次設備號用來區分同一類型的多個設備，如tty0，tty1……下圖 列出了部分tty設備，他們的主設備號都是4，而不一樣的次設備號分別對應一個tty設備。

內核提供了一種數據類型：dev_t，用於記錄設備編號，該數據類型其實是一個無符號32位整型，其中的12位用於表示主設備號，剩餘的20位則用於表示次設備號。

靜態地爲一個字符設備申請一個或多個設備編號

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

參數說明：

• from：dev_t類型的變量，用於指定字符設備的起始設備號，若是要註冊的設備號已經被其餘的設備註冊了，那麼就會致使註冊失敗。
• count：指定要申請的設備號個數，count的值不能夠太大，不然會與下一個主設備號重疊。
• name：用於指定該設備的名稱，咱們能夠在/proc/devices中看到該設備。

動態分配設備編號

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

參數說明以下：

• dev：指向dev_t類型數據的指針變量，用於存放分配到的設備編號的起始值；
• baseminor：次設備號的起始值，一般狀況下，設置爲0；
• count、name：同register_chrdev_region類型，用於指定須要分配的設備編號的個數以及設備的名稱。

可經過cat /proc/devices查看內核分配的主設備號。

使用上兩個函數分配設備號對應地註銷函數（將設備編號還給內核）爲：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

內核還提供了register_chrdev函數用於分配設備號。該函數是一個內聯函數，它不只支持靜態申請設備號，也支持動態申請設備號，並將主設備號返回，函數原型以下所示。

static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
{
    return __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops);
}

參數說明：

• major：用於指定要申請的字符設備的主設備號，等價於register_chrdev_region函數，當設置爲0時，內核會自動分配一個未使用的主設備號。
• name：用於指定字符設備的名稱
• fops：用於操做該設備的函數接口指針。

同一類字符設備會在內核中申請256個，若用不到，會形成資源浪費

註銷函數：

static inline void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
{
　　__unregister_chrdev(major, 0, 256, name);
}

3）初始化cdev

將cdev結構體與file_operations結構相關聯

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

• cdev：struct cdev類型的指針變量，指向須要關聯的字符設備結構體；
• fops：file_operations類型的結構體指針變量，通常將實現操做該設備的結構體file_operations結構體做爲實參。

4)註冊設備

cdev_add函數用於向內核的cdev_map散列表(管理當前系統中的全部字符設備)添加一個新的字符設備

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

• p：struct cdev類型的指針，用於指定須要添加的字符設備；
• dev：dev_t類型變量，用於指定設備的起始編號；
• count：指定註冊多少個設備。

5）file_operation *fops

本身編寫一個字符設備驅動：https://tutorial.linux.doc.embedfire.com/zh_CN/latest/linux_driver/character_device.html