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  • Linux:主设备号和次设备号

    http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33863.htm

        Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的,各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下,称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件,完成对设备的操作,就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备,系统为设备编了号,每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备,而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备,Linux有约定俗成的编号,如硬盘的主设备号是3。

         一个字符设备或者块设备都有一个主设备号和次设备号。主设备号和次设备号统称为设备号。主设备号用来表示一个特定的驱动程序。次设备号用来表示使用该驱动程序的各设备。例如一个嵌入式系统,有两个LED指示灯,LED灯需要独立的打开或者关闭。那么,可以写一个LED灯的字符设备驱动程序,可以将其主设备号注册成5号设备,次设备号分别为1和2。这里,次设备号就分别表示两个LED灯。

         设备文件通常都在 /dev 目录下。如:

    beyes@linux-beyes:~/C/kernel/memory> ll /dev |more
    总计 0
    crw-rw----  1 root uucp    4,  70 04-14 18:16 ttyS6
    crw-rw----  1 root uucp    4,  71 04-14 18:16 ttyS7
    crw-rw----  1 root tty         7,   0 08-08 18:58 vcs
    crw-rw----  1 root tty         7,   1 08-08 18:58 vcs1
    crw-rw-rw-  1 root root    1,   7 08-08 18:58 full
    crw-rw-rw-  1 root root    1,   3 04-14 18:16 null

    如上,前面第一个字符为c 的表示字符设备。在字符设备里,有主设备号和次设备号。如上1,4,7 分别是主设备号,0,1,3,7,70,71都是次设备号。一般的,主设备号标识出与设备关联的设备驱动。如 /dev/null 和 /dev/full 由 1 号驱动来管理,/dev/vcs 和/dev/vcs1由 7 号驱动来管理,/dev/ttyS6 由 4 号驱动来管理。

    现在的 Linux 内核允许多个驱动共享一个主设备号,但更多的设备都遵循一个驱动对一个主设备号的原则。

    内核由次设备号确定当前所指向的是哪个设备。根据所编写的驱动程序,可以从内核那里得到一个直接指向设备的指针,或者使用次设备号作为一个设备本地数组的索引。但不论如何,内核自身几乎不知道次设备号的什么事情。

    设备号的内部表示

    在内核中,dev_t  类型( 在 <linux/types.h> 头文件有定义 ) 用来表示设备号,包括主设备号和次设备号两部分。对于 2.6.x 内核,dev_t 是个 32 位量,其中 12 位用来表示主设备号,20 位用来表示次设备号。
    在 linux/types.h 头文件里定义有

    typedef __kernel_dev_t          dev_t;

    typedef __u32 __kernel_dev_t;

    主设备号和次设备号的获取

    为了写出可移植的驱动程序,不能假定主设备号和次设备号的位数。不同的机型中,主设备号和次设备号的位数可能是不同的。应该使用MAJOR宏得到主设备号,使用MINOR宏来得到次设备号。下面是两个宏的定义:(linux/kdev_t.h)

    #define MINORBITS   20                                  /*次设备号*/  

    #define MINORMASK   ((1U << MINORBITS) - 1)             /*次设备号掩码*/  

    #define MAJOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))   /*dev右移20位得到主设备号*/  

    #define MINOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))   /*与次设备掩码与,得到次设备号*/ 

    MAJOR宏将dev_t向右移动20位,得到主设备号;MINOR宏将dev_t的高12位清零,得到次设备号。相反,可以将主设备号和次设备号转换为设备号类型(dev_t),使用宏MKDEV可以完成这个功能。

    #define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

    MKDEV宏将主设备号(ma)左移20位,然后与次设备号(mi)相与,得到设备号

    静态分配设备号

    静态分配设备号,就是驱动程序开发者,静态地指定一个设备号。对于一部分常用的设备,内核开发者已经为其分配了设备号。这些设备号可以在内核源码documentation/ devices.txt文件中找到。如果只有开发者自己使用这些设备驱动程序,那么其可以选择一个尚未使用的设备号。在不添加新硬件的时候,这种方式不会产生设备号冲突。但是当添加新硬件时,则很可能造成设备号冲突,影响设备的使用。


    动态分配设备号

    由于静态分配设备号存在冲突的问题,所以内核社区建议开发者使用动态分配设备号的方法。动态分配设备号的函数是alloc_chrdev_region()。

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