Linux 中字符設備的註冊

 

Linux中字符設備的註冊過程是比較簡單的。咱們一般能夠調用misc_register()函數來註冊一個字符設備。Misc設備是一種字符設備，經過該設備能夠將fops請求轉發給註冊的misc設備，從而實現字符設備的功能。用戶調用該接口註冊Misc字符設備時，能夠動態分配設備Minor號，當獲取Minor號以後調用class_simple_device_add()或者device_create()函數完成字符設備的建立。Misc字符設備註冊函數以下所示：

 

int misc_register(struct miscdevice * misc)
{
    struct miscdevice *c;
    dev_t dev;
    int err = 0;

    INIT_LIST_HEAD(&misc->list);

    mutex_lock(&misc_mtx);      //獲取misc設備信號量
    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {  //檢查設備是否已經存在
        if (c->minor == misc->minor) {
            mutex_unlock(&misc_mtx);
            return -EBUSY;          //若是設備存在，直接返回
        }
    }

    if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {    //動態分配分配minor號
        int i = DYNAMIC_MINORS;
        while (--i >= 0)
            if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)
                break;
        if (i<0) {
            mutex_unlock(&misc_mtx);
            return -EBUSY;
        }
        misc->minor = i;
    }

    if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)
        misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);
    dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);

    misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,
                      "%s", misc->name);        //建立字符設備（Misc設備）
    if (IS_ERR(misc->this_device)) {
        err = PTR_ERR(misc->this_device);
        goto out;
    }

    /*
     * Add it to the front, so that later devices can "override"
     * earlier defaults
     */
    list_add(&misc->list, &misc_list);  //將設備保存至misc設備鏈中，設備訪問時須要操做該鏈表
 out:
    mutex_unlock(&misc_mtx);
    return err;
}

須要注意的是2.6.12內核中建立系統設備時須要調用simple_device的接口class_simple_device_add()。在2.6.23中須要調用device_create()函數完成設備註冊。在3.2內核中，simple_device的接口已經不存在了，因此必須調用device_create函數，另外，3.2內核不支持具備相同minor號的字符設備，在2.6.x內核中是支持的。

 

系統是如何完成fops函數調用的呢？回答這個問題須要分析Misc設備打開過程。在打開Misc設備驅動的時候，Misc設備驅動會根據訪問設備的Minor號重定向fops函數集，該程序說明以下：

 

static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
    int minor = iminor(inode);
    struct miscdevice *c;
    int err = -ENODEV;
    const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;

    mutex_lock(&misc_mtx);

    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {  //經過minor號來匹配對應的fops函數集
        if (c->minor == minor) {
            new_fops = fops_get(c->fops);
            break;
        }
    }

    if (!new_fops) {
        mutex_unlock(&misc_mtx);
        request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
        mutex_lock(&misc_mtx);

        list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
            if (c->minor == minor) {
                new_fops = fops_get(c->fops);
                break;
            }
        }
        if (!new_fops)
            goto fail;
    }

    err = 0;
    old_fops = file->f_op;
    file->f_op = new_fops;  //重定向fops函數
    if (file->f_op->open) {     //打開設備
        err=file->f_op->open(inode,file);
        if (err) {
            fops_put(file->f_op);
            file->f_op = fops_get(old_fops);
        }
    }
    fops_put(old_fops);
fail:
    mutex_unlock(&misc_mtx);
    return err;
}

不少時候咱們不想建立Misc字符設備，想要本身建立一個字符設備類，而後再建立該設備類的字符設備，那麼整個建立過程能夠描述以下：

1，調用register_chrdev_region函數註冊設備號區間

2，調用cdev_alloc函數分配一個字符設備

3，調用cdev_add函數添加內核字符設備

4，調用device_create函數通知udev建立設備節點，而且註冊到sysfs中。

 

register_chrdev_region函數用來分配設備號。在linux系統中維護了一個char_device的Hash表，每一個Major佔用一個Hash項。經過register_chrdev_region函數就是向全局的char_device Hash表註冊設備號。該函數說明以下：

 

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
{
    struct char_device_struct *cd;
    dev_t to = from + count;
    dev_t n, next;

    for (n = from; n < to; n = next) {
        next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);    //一個Major設備類最多能夠容納1M個Minor設備
        if (next > to)
            next = to;  //取最小設備號
        cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n),
                   next - n, name); //註冊設備號區間
        if (IS_ERR(cd))
            goto fail;
    }
    return 0;
fail:
    to = n;
    for (n = from; n < to; n = next) {
        next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
        kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
    }
    return PTR_ERR(cd);
}

當設備號區間分配完成以後，經過cdev_alloc()函數分配一個內核字符設備，而後經過cdev_add函數將該字符設備註冊到內核cdev_map->probes[]數組中，至此，內核的字符設備建立完畢。可是，此時，應用層還沒法看到字符設備節點，所以，能夠調用device_create函數通知udev去建立設備節點，而且將設備添加到sysfs系統樹中。至此，應用層能夠經過設備節點訪問字符設備了。

 

字符設備是Linux中最簡單的一種設備，其系統註冊過程也相對比較簡單。