20150226 IMX257 混杂设备miscdevice驱动程序

20150226 IMX257 混杂设备miscdevice驱动程序

2015-02-26 16:00 李海沿

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

一、混杂设备介绍

1. miscdevice结构体

struct miscdevice {

int minor; //次设备号

const char *name; //设备的名称

const struct file_operations *fops; //文件操作

struct list_head list; //misc_list的链表头

struct device *parent; //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)

struct device *this_device; //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到

};

2. misc子系统初始化函数

1. static int __init misc_init(void)   
2. {   
3.     int err;   
4.     
5. #ifdef CONFIG_PROC_FS   
6.     /*创建一个proc入口项*/  
7.     proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);                   
8. #endif   
9.     /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/  
10.     misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");   
11.     err = PTR_ERR(misc_class);   
12.     if (IS_ERR(misc_class))   
13.         goto fail_remove;   
14.      
15.     err = -EIO;  
16.     /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/   
17.     if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))   
18.         goto fail_printk;   
19.     return 0;   
20.      
21. fail_printk:   
22.     printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);   
23.     class_destroy(misc_class);   
24. fail_remove:   
25.     remove_proc_entry("misc", NULL);   
26.     return err;   
27. }   
28. /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/  
29. subsys_initcall(misc_init);   

下边是register_chrdev函数的实现：

1. int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,  
2.             const struct file_operations *fops)  
3. {  
4.     struct char_device_struct *cd;  
5.     struct cdev *cdev;  
6.     char *s;  
7.     int err = -ENOMEM;  
8.     /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/  
9.     cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);  
10.     if (IS_ERR(cd))  
11.         return PTR_ERR(cd);  
12.     /*分配字符设备*/  
13.     cdev = cdev_alloc();  
14.     if (!cdev)  
15.         goto out2;  
16.     
17.     cdev->owner = fops->owner;  
18.     cdev->ops = fops;  
19.     /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/  
20.     kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);  
21.     for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))  
22.         *s = '!';  
23.     /*把这个字符设备注册到系统中*/     
24.     err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);  
25.     if (err)  
26.         goto out;  
27.     
28.     cd->cdev = cdev;  
29.     
30.     return major ? 0 : cd->major;  
31. out:  
32.     kobject_put(&cdev->kobj);  
33. out2:  
34.     kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));  
35.     return err;  
36. }  

来看看这个设备的操作函数的集合：

1. static const struct file_operations misc_fops = {   
2.     .owner      = THIS_MODULE,   
3.     .open       = misc_open,   
4. };   

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

1. static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)   
2. {   
3.     int minor = iminor(inode);   
4.     struct miscdevice *c;   
5.     int err = -ENODEV;   
6.     const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;   
7.         
8.     lock_kernel();   
9.     mutex_lock(&misc_mtx);   
10.     /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/  
11.     list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
12.         if (c->minor == minor) {   
13.             new_fops = fops_get(c->fops);           
14.             break;   
15.         }   
16.     }   
17.              
18.     if (!new_fops) {   
19.         mutex_unlock(&misc_mtx);   
20.         /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/  
21.         request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);   
22.         mutex_lock(&misc_mtx);   
23.         /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/  
24.         list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
25.             if (c->minor == minor) {   
26.                 new_fops = fops_get(c->fops);   
27.                 break;   
28.             }   
29.         }   
30.         if (!new_fops)   
31.             goto fail;   
32.     }   
33.      
34.     err = 0;   
35.     /*保存旧打开函数的地址*/  
36.     old_fops = file->f_op;   
37.     /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/  
38.     file->f_op = new_fops;   
39.     if (file->f_op->open) {  
40.         /*使用具体设备的打开函数打开设备*/   
41.         err=file->f_op->open(inode,file);   
42.         if (err) {   
43.             fops_put(file->f_op);   
44.             file->f_op = fops_get(old_fops);   
45.         }   
46.     }   
47.     fops_put(old_fops);   
48. fail:   
49.     mutex_unlock(&misc_mtx);   
50.     unlock_kernel();   
51.     return err;   
52. }   

3. misc子注册函数

并且会自动生成设备节点

1. int misc_register(struct miscdevice * misc)   
2. {   
3.     struct miscdevice *c;   
4.     dev_t dev;   
5.     int err = 0;   
6.     /*初始化misc_list链表*/  
7.     INIT_LIST_HEAD(&misc->list);   
8.     mutex_lock(&misc_mtx);   
9.     /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/  
10.     list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
11.         if (c->minor == misc->minor) {   
12.             mutex_unlock(&misc_mtx);   
13.             return -EBUSY;   
14.         }   
15.     }   
16.     /*看是否是需要动态分配次设备号*/  
17.     if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {  
18.         /* 
19.          *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */  
20.          *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];   
21.          *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，  
22.          *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。         
23.          */  
24.         int i = DYNAMIC_MINORS;   
25.         while (--i >= 0)   
26.             if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)   
27.                 break;   
28.         if (i<0) {   
29.             mutex_unlock(&misc_mtx);   
30.             return -EBUSY;   
31.         }   
32.         /*得到这个次设备号*/  
33.         misc->minor = i;                                           
34.     }   
35.     /*设置位图中相应位为1*/  
36.     if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)   
37.         misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);   
38.     /*计算出设备号*/  
39.     dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);   
40.     /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/  
41.     misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,   
42.                       "%s", misc->name);   
43.     if (IS_ERR(misc->this_device)) {   
44.         err = PTR_ERR(misc->this_device);   
45.         goto out;   
46.     }   
47.      
48.     /*  
49.      * Add it to the front, so that later devices can "override"  
50.      * earlier defaults  
51.      */   
52.     /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/  
53.     list_add(&misc->list, &misc_list);   
54.  out:   
55.     mutex_unlock(&misc_mtx);   
56.     return err;   
57. }   

misc_register:

匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设号->创建设备文-

miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

4. misc子卸载函数

1. int misc_deregister(struct miscdevice *misc)   
2. {   
3.     int i = misc->minor;   
4.      
5.     if (list_empty(&misc->list))   
6.         return -EINVAL;   
7.      
8.     mutex_lock(&misc_mtx);   
9.     /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/  
10.     list_del(&misc->list);     
11.     /*删除设备节点*/                            
12.     device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));             
13.     if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {  
14.         /*释放位图相应位*/   
15.         misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));   
16.     }   
17.     mutex_unlock(&misc_mtx);   
18.     return 0;   
19. }   

misc_deregister:

从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。

二、代码分析

1. 包含头文件：

#include <linux/miscdevice.h>

2. 定义混杂设备结构体以及实现相关的file_operation函数

3. 最后分别在init函数和exit函数中卸载

4. 编译测试

我们使用 ll /dev/key_misc 查看 其 设备的详细信息 可以发现其主设备号为10 次设备号110

然后 cat /proc/misc 查看当前混杂设备列表，发现我们的key_misc 110 当然还设有gpio dma等都使用混杂设备

 本文部分知识点摘自 http://tomhibolu.iteye.com/blog/1214940

附驱动程序代码：

/******************************
    misc device
 *****************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/miscdevice.h>

#define Driver_NAME "key_misc"
#define Driver_minor 110

/* 应用程序对设备文件/dev/key_query执行open(...)时，
 * 就会调用key_open函数*/
static int key_open(struct inode *inode, struct file *file){
    printk("<0>function open!
");    
    return 0;
}
static int key_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp){
    printk("<0>function read!
");    
    return 0;
}
static ssize_t key_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos){
    printk("<0>function write!
");    
    return 1;
}

/* 这个结构是字符设备驱动程序的核心
 * 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数，
 * 最终会调用这个结构中指定的对应函数
 */
static struct file_operations key_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   key_open,     
    .read    =    key_read,       
    .write    =    key_write,       
};

/*混杂设备结构体*/
static struct miscdevice key_misc = {
    .minor = Driver_minor,            //次设备号
    .name = Driver_NAME,        //混杂设备名字
    .fops = &key_fops,        //操作指针
};

/*
 * 执行insmod命令时就会调用这个函数 
 */
static int __init key_init(void)
{
    printk("<0>
Hello,this is %s module!

",Driver_NAME);
    
    misc_register(&key_misc);
    return 0;
}

/*
 * 执行rmmod命令时就会调用这个函数 
 */
static void __exit key_exit(void)
{
    printk("<0>
Goodbye,%s!

",Driver_NAME);
    
    misc_register(&key_misc);
}

/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
module_init(key_init);
module_exit(key_exit);

/* 描述驱动程序的一些信息，不是必须的 */
MODULE_AUTHOR("Lover雪");
MODULE_VERSION("0.1.0");
MODULE_DESCRIPTION("IMX257 key Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

注： 程序中有一个错误： 在exit函数中应该为  misc_unregister ,此处写错了，大家记得改过来