字符設備驅動-Linux驅動學習（5）

時間  2021-08-11
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【學習筆記】node

1、申請字符類設備號

一、字符設備和雜項設備的區別

（1）設備號的不一樣：雜項設備的主設備號是固定的，固定爲10，而字符類設備須要咱們本身或者系統來給咱們分配。linux

（2）設備節點的生成方式不一樣：雜項設備能夠自動生成設備節點，而字符設備須要咱們本身生成設備節點。app

二、兩種方法註冊字符類設備號

（1）靜態分配設備號

須要明確知道系統裏面哪些設備號沒有被使用，而後手動分配。ide

函數定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h
extern int register_chrdev_region(dev_t, unsigned, const char *);
參數：
	第一個:設備的起始值，類型是dev_t類型
	第二個:次設備號的個數
	第三個:設備的名稱

dev_t類型: dev_t是用來保存設備號的，是一個32位數
其中高12爲用來保存設備號，低12爲用來保存次設備號

dev_t定義在linux-4.9.268/include/linux/types.h裏邊
typedef __u32 __kernel_dev_t;
typedef __kernel_dev_t		dev_t;

Linux 提供了幾個宏定義來操做設備號函數

定義在linux-4.9.268/include/linux/kdev_t.h裏邊

#define MINORBITS	20	//提供了次設備的位數,一共20位
#define MINORMASK	((1U << MINORBITS) - 1)//次設備的掩碼

#define MAJOR(dev)	((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))//在dev_t裏面獲取主設備號
#define MINOR(dev)	((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))//在dev_t裏面獲取主次設備號
#define MKDEV(ma,mi)	(((ma) << MINORBITS) | (mi))//將主設備號和次設備號組成dev_t類型（上面提到，dev_t類型是用來保存設備號的）
其中MKDEV(ma,mi)參數：
	ma：主設備號
	mi：次設備號
返回值：
	成功：返回0
	失敗：返回非零

（2）動態分配設備號

這個函數一樣也定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h中
extern int alloc_chrdev_region(dev_t *, unsigned, unsigned, const char *);
參數：
	第一個：保存生成的設備號
	第二個：咱們請求的第一個設備號，一般是0
	第三個：連續申請的設備號的個數
	第四個：設備名稱
	
返回值：
	成功：返回0
	失敗：返回負數
使用動態分配會優先使用255~234設備號

三、註銷設備號

這個函數一樣也定義在linux-4.9.268/include/linux/fs.h中
extern void unregister_chrdev_region(dev_t, unsigned);
參數：
	第一個：分配設備號的起始地址
	第二個：申請的連續設備號個數

實例操做：工具

chrdev.c學習

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//註冊設備號函數所在頭文件
#include <linux/fs.h>
//處理設備號宏定義所在頭文件
#include <linux/kdev_t.h>

//定義次設備號個數
#define DEVICE_NUMBER 1
//次設備號起始地址，一般爲0
#define DEVICE_MINOR_NUMBER 0

//定義設備名稱
#define DEVICE_SNAME "schrdev"	//靜態註冊
#define DEVICE_ANAME "achrdev"	//動態註冊


static int major_num,minor_num;

module_param(major_num,int,S_IRUSR);
module_param(minor_num,int,S_IRUSR);


static int hello_init(void){
	
	dev_t dev_num;

	int ret;//定義保存函數返回值變量
	
	//靜態申請設備號
	if(major_num){//判斷主設備號有沒有傳遞進來，若是傳了參數，則使用靜態註冊方式，不然，使用動態註冊方式。

		//打印主次設備號
		printk("major_num= %d\n",major_num);
		printk("minor_num= %d\n",minor_num);
		
		//組合主次設備號
		dev_num = MKDEV(major_num, minor_num);
	
		//註冊設備號函數，並保存返回值
		ret = register_chrdev_region(dev_num, DEVICE_NUMBER, DEVICE_SNAME);

		if(ret < 0){//返回值<0，註冊失敗
			printk("register_chrdev_region error\n");
		}
		printk("register_chrdev_region successful\n");//不然說明註冊成功
	}
	else{//動態申請設備號

		ret = alloc_chrdev_region(dev_num, DEVICE_MINOR_NUMBER, DEVICE_NUMBER, DEVICE_ANAME);

		if(ret < 0){//返回值<0，註冊失敗
			printk("register_chrdev_region error\n");
		}
		printk("register_chrdev_region successful\n");//不然說明註冊成功

		//使用宏定義獲取設備號
		major_num = MAJOR(dev_num);
		minor_num = MINOR(dev_num);

		//打印主次設備號
		printk("major_num= %d\n",major_num);
		printk("minor_num= %d\n",minor_num);
	}



	return 0;
}

static void hello_exit(void){

	//註銷設備號
	unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, minor_num), DEVICE_NUMBER);
	printk("bye bye\n");
	
}

//入口和出口
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

//聲明許可證
MODULE_LICENSE("GPL");

在實際開發中，建議使用動態申請設備號的方式，多人開發時，使用靜態申請很容易形成設備號衝突。指針

2、註冊字符設備

一、重要結構說明

cdev結構體：描述字符設備的結構體code

//它定義在linux-4.9.268/include/linux/cdev.h中
struct cdev {
	struct kobject kobj;
	struct module *owner;//說明模塊所屬
	const struct file_operations *ops;//文件操做集
	struct list_head list;//鏈表節點
	dev_t dev;//設備號
	unsigned int count;//次設備號的數量
};

二、操做步驟

（1）定義一個cdev結構體

（2）使用cdev_init函數初始化cdev結構體成員變量

void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *){
	memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
	INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
	kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
	
	cdev->ops = fops;//把文件操做集寫給cdev的成員變量ops
}
參數:
	第一個：要初始化的cdev結構體指針
	第二個：文件操做集

（3）使用cdev_add函數註冊字符設備到內核

int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);
參數：
	第一個：cdev的結構體指針
	第二個：設備號
	第三個：次設備號的數量

（4）註銷字符設備

void cdev_del(struct cdev *);

三、實際操做展現

直接在上面申請設備號的代碼修改，前面已有的代碼註釋，下面不在寫，便於區別修改位置開發

chrdev.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
//註冊字符設備所在
#include <linux/cedv.h>


#define DEVICE_NUMBER 1
#define DEVICE_MINOR_NUMBER 0

#define DEVICE_SNAME "schrdev"
#define DEVICE_ANAME "achrdev"

static int major_num,minor_num;

//定義cdev結構體
struct cdev cdev;

module_param(major_num,int,S_IRUSR);
module_param(minor_num,int,S_IRUSR);

//應用層調用設備節點，觸發的open函數
int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函數實現
	printk("hello chrdev_open\n");
	return 0;
}

//定義文件操做集
struct file_operations chrdev_ops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = chrdev_open
};

static int hello_init(void){
	
	dev_t dev_num;
	int ret;
	
	if(major_num){

		printk("major_num= %d\n",major_num);
		printk("minor_num= %d\n",minor_num);
		
		dev_num = MKDEV(major_num, minor_num);
	
		ret = register_chrdev_region(dev_num, DEVICE_NUMBER, DEVICE_SNAME);

		if(ret < 0){
			printk("register_chrdev_region error\n");
		}
		printk("register_chrdev_region successful\n");
	}
	else{
		ret = alloc_chrdev_region(dev_num, DEVICE_MINOR_NUMBER, DEVICE_NUMBER, DEVICE_ANAME);

		if(ret < 0){
			printk("register_chrdev_region error\n");
		}
		printk("register_chrdev_region successful\n");

		major_num = MAJOR(dev_num);
		minor_num = MINOR(dev_num);

		printk("major_num= %d\n",major_num);
		printk("minor_num= %d\n",minor_num);
	}


	cdev.owner = THIS_MODULE;//聲明所屬模塊
	//初始化cdev結構體成員變量,第二個參數，要提早定義文件操做集
	cdev_init(&cdev, chrdev_ops);
	//將字符設備註冊到內核
	cdev_add(&cdev, dev_num, DEVICE_NUMBER);

	return 0;
}

static void hello_exit(void){

	//註銷設備號
	unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, minor_num), DEVICE_NUMBER);
	
	//註銷字符設備(注意把它寫到註冊設備號的下面，一個簡單的邏輯問題)
	void cdev_del(&cdev);
	printk("bye bye\n");
	
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

app.c（只保留打開節點功能）

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

int main(int argc, char *argv[]){//若是打開設備節點成功，這會調用驅動裏邊的misc_open()函數

	int fd;
	
	char buf[64] = {0};

	fd = open("/dev/test",O_RDWR);//open the device node

	if(fd < 0){		//determine whether the opening is successful
	
		perror("open error\n");
		
		return fd;
	}

	//close(fd);//關閉節點
	
	return 0;
}

【注意】字符設備註冊完後並不會自動生成設備節點，須要是哦那個mknod命令建立設備節點

命令格式:

mknod [名稱] [類型] [主設備號] [次設備號]

例如：

mknod /dev/test c 247 0		//"dev/test"爲app.c中定義的設備節點名稱

3、自動建立設備節點

當加載模塊時，在/dev目錄下自動建立相應的設備文件

一、怎麼自動建立一個設備節點

在嵌入式Linux中使用mdev來實現設備節點文件的自動建立和刪除

二、什麼是mdev

mdev是udev的簡化版本，是busybox中所帶的程序，最適合用在嵌入式系統

三、什麼是udev

udev是一種工具，它跟狗根據系統中的硬件設備的狀態動態更新設備文件，包括設備文件的建立，刪除等。設備文件一般放在/dev目錄下。使用udev後，在/dev目錄下就只包含系統中真正存在的設備，udev通常用在PC上的linux中，相對於mdev來講複製些。

四、怎麼建立設備節點

自動建立設備節點分爲兩個步驟：

（1）使用class_create函數建立一個class的類

（2）使用device_create函數在咱們建立的類下面建立一個設備

五、建立和刪除類函數

在Linux驅動程序中通常經過兩個函數來完成設備節點的建立和刪除。首先要建立一個class類結構體。

calss結構體定義在include/linux/device.h中。class_create是類建立函數，class_create是一個宏定義，內容以下

#define class_create(owner, name)		\
({						\
	static struct lock_class_key __key;	\
	__class_create(owner, name, &__key);	\
})

class_create一共有兩個參數，參數owner通常爲THIS_MODULE，參數name是類的名字。返回值是個指向結構體class的指針，也就是建立的類。

卸載驅動程序的時候須要刪除掉類，類刪除函數爲class_destory，函數原型以下：

void class_destroy(struct class *cls);
//參數cls就是要刪除的類。

六、建立設備函數

當使用上節點的函數建立完成一個類後，使用device_create函數在這個類下建立一個設備device_create

函數原型以下：

//一樣定義在include/linux/device.h中
struct device *device_create_vargs(struct class *cls, struct device *parent,
				   dev_t devt, void *drvdata,
				   const char *fmt, va_list vargs);
參數說明：
device_create 是個可變參數函數
class:設備要建立在哪一個類下面
parent：父設備，通常爲NULL，也就是沒有父設備
devt:設備號
drvdata：是設備可能會使用的一些數據，通常爲NULL
fmt:是設備名字，若是設置fmt=xxx的話，就會生成/dev/xxx這個設備文件
返回值就是建立號的設備

整理自嵌入式學習之Linux驅動篇

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