《Linux4.0设备驱动开发详解》笔记第六章：Linux字符设备驱动

6.1 linux字符设备驱动结构

6.1.1 cdev结构体

• cdev结构体描述一个字符设备

struct cdev { 
        struct kobject kobj; //内嵌的kobject对象
        struct module *owner;   //所属模块 
        const struct file_operations *ops;//文件操作结构
        struct list_head list; 
        dev_t dev;          //设备号，int 类型
        unsigned int count; 
}; 

• cdev的dev_t成员定义了设备号，高12位为主设备号，低20位为次设备号
  
  • 获取主、次设备号:
    
    • MAJOR(dev_t dev)
    • MINOR(dev_t dev)
  • 主次设备号生成dev_t：MKDEV(int major,int minor)
• cdev结构体相关的操作函数

void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);//建立cdev和file_operation之间的连接
struct cdev *cdev_alloc(void); //动态申请一个cdev内存 
void cdev_put(struct cdev *p);   //释放 
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);  //注册设备
void cdev_del(struct cdev *);//注销设备

6.1.2 分配和释放设备号

• 在注册设备之前应该先申请设备号
  
  • register_chrdev_region()用于已知设备号
  • register_chrdev_region()用于动态申请

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

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

• 释放设备号

void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)

• 注册与注销字符设备顺序关系如下：

register_chrdev_region()－－>cdev_add()     //此过程在加载模块中 
cdev_del()-->unregister_chrdev_region()     //此过程在卸载模块中

6.1.3 字符设备驱动组成

• 字符设备的模块加载与卸载函数
• 字符设备驱动的file_operation结构体中的成员函数，大多数实现以下函数
  
  • read()
  • write()
  • ioctl()
• copy_from_user()：用户空间缓冲区到内核空间
• copy_to_user()：内核空间到用户空间缓冲区
  
  • 返回0：成功
  • 返回正数：不能被复制的字节数
  • 负数：操作失败
• 复制的内容是简单的类型，如int、char、long等，则可以用以下函数
  
  • put_user、get_user
  • 上述函数中_user是一个宏，表示其后的指针指向用户空间
• 内核空间访问用户空间缓存时需要合法性检查
  
  • access_ok(type, add, size)：确认缓存区确实属于用户空间
• ioctl函数
  
  • 设备类型字段为一个幻数，可以使0-0xff的值，内核中的ioctl-number.txt有推荐的已经存在的幻数，新设备区应该避免与其冲突
  • 方向字段表示数据传输的方向
    
    • _IOC_NONE：无数据传输
    • _IOC_READ：读
    • _IOC_WRITE：写
    • _IOC_READ|_IOC_WRITE：双向

设备类型	序列号	方向	数据尺寸
8位	8位	2位	13/14位

• 预定义命令：内核中预定了一些I/O控制命令，如果某设备中抱哈没了与预定义命令一样的命令码，则这些命令会作为预定义命令被内核处理而不是被设备驱动处理

  • FIOCLEX：通知内核当exec()系统调用发生时，自动关闭打开的文件
  • FIONCLEX：与FIOCLEX相反，清除由FIOCLEX命令设置的标志
  • FIOQSIZE：获得一个文件和目录的大小，当用于设备文件时返回一个ENOTTY错误
  • FIONBIO：修改在filp->f_flags中的O_NONBLOCK标志