LINUX字符设备驱动

[常忆月色染枫亭]

初学这一知识点，把自己的一些心得总结一下，希望对刚接触这个概念的朋友有所借鉴~

概念性的东西暂且不提，先从一个简单的应用实例出发，来对这个知识点有个感性的认识（这里暂时不涉及硬件）

比如我们在linux用户空间如何实现与内核驱动交互？

一、首先，我们要为驱动程序申请一个设备号，这里就涉及到一个问题，什么是设备号？

每个字符设备都有一个主设备号和一个次设备号，主设备号用来标示与设备文件相连的驱动程序，次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪一个设备，比如要控制5盏LED灯，主设备号对应某一驱动程序，次设备号指的是用该驱动程序控制那些灯亮灭。

了解到这个知识点后我们就来注册设备号，这里有两种方式实现：

方式一：调用内核提供的register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)函数，第一个参数表示主设备号（必须是可用的且系统未使用的），为0表示有系统自动分配，为了方便，这里一般将其设为零，再定义一个变量来接受这个函数的返回值得到主设备号。name表示字符设备文件的名字，第三个是一个file_operations的指针(此结构体后面会详细说明)，这样一来就完成了注册。
同时，在卸载函数中则要用 int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)函数去卸载。例如：

[code=cstatic

int major = 0;
static int __init chrdev_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "mydev", const struct file_operations * fops);
return 0;
}

static void __exit chrdev_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "mydev");
}

][/code]


方式二：定义一个struct cdev结构表示该驱动程序，使用alloc_chrdev_region动态或者register_chrdev_region静态方式获取主设备号，然后调用void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)和int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)函数初始化并注册驱动

二、设备操作的实现：
详见：http://www.cnblogs.com/geneil/archive/2011/12/03/2272869.html 感谢LoveFM的分享。

三、创建设备节点
考虑到使用的普遍性，这里只介绍自动创建，使用udev机制，自动创建设备节点
class_create;
device_create;

驱动程序大致流程如上所述，可能很多朋友依旧不知所云，接下来附上代码让大家有个更直观的认识；

用方式一创建的：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linuc/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

static int major = 0;
static char *memdev;  //用来接收用户空间发来的信息
static struct class *myclass;  

//从内核读到用户空间

static ssize_t myread (struct file *filp, char __user *ubuf, 
	size_t size, loff_t *offset)
{
	copy_to_user(ubuf, memdev, strlen(memdev));//将memdev中的数据通过ubuf传给用户空间
	return strlen(memdev);
}

//从用户空间写到内核空间

static ssize_t mywrite (struct file *filp, const char __user *ubuf, 
	size_t size, loff_t *offset)
{
	memset(memdev,0,4096);
	
	copy_from_user(memdev, ubuf, size); //将用户空间中的数据通过ubuf传递给memdev
	return size;
}

static int myopen (struct inode *inodep, struct file *filp)
{
	printk("myopen have been called\n");
	return 0;
}

static int myclose (struct inode *inodep, struct file *filp)
{
	printk("myclose have been called\n");
	return 0;
}



static struct file_operations my_fops=
{
	.owner = THIS_MODULE, //在此模块运行时不能被卸载，以下四个分别调用上述对应函数
	.read = myread,
	.write = mywrite,
	.open = myopen,
	.release = myclose,
		
};
	

static int __init mychar_init(void)
{
	major = register_chrdev(0, "mychar", &my_fops);   //用本函数创建主设备号

	//在内核中为本驱动程序开辟一段空间，并自动将这片区域清空
	memdev = kzalloc(4096,GFP_KERNEL);
									  
	//调用udev自动创建设备节点，且在此目录下:sys/class/name
	myclass = class_create(THIS_MODULE, "myclass"); 

	//文件节点在此处dev/mychardev										   
	device_create(myclass, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "mychrdev");	
	return 0;
}

static void __exit mychar_exit(void)
{
	kfree(memdev);
	unregister_chrdev(major, "mychar");
}


module_init(mychar_init);
module_exit(mychar_exit);

用方式二创建的：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

static int major = 0;

static struct cdev mycdev;
static char *memsev;
static struct class *myclass;

static ssize_t myread (struct file *filp, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *offset)
{
	copy_to_user(ubuf, memdev, strlen(memdev));
	return strlen(memdev);
}

static ssize_t mywrite (struct file *filp, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *offset)
{
	memset(memdev,0,4096);
	
	copy_from_user(memdev, ubuf, size);
	return size;
}

static int myopen (struct inode *inodep, struct file *filp)
{
	printk("myopen have been called\n");
	return 0;
}

static int myclose (struct inode *inodep, struct file *filp)
{
	printk("myclose have been called\n");
	return 0;
}

static struct file_operations my_fops=
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = myread,
	.write = mywrite,
	.open = myopen,
	.release = myclose,
		
};
	


static int __init mycdev_init(void)
{
	dev_t dev;      //字符设备文件
	if(major)//静态注册
	{
		register_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1, "mycdev");
	}
	else  //动态注册
	{
		alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "mycdev");
		major = MAJOR(dev);
	}

	cdev_init(&mycdev, &my_fops);   //初始化dev
	cdev_add(&mycdev, MKDEV(major, 0), 1); //注册驱动程序，并将其添加到内核中

	memdev = kzalloc(4096, GFP_ATOMIC);

	
	myclass = class_create(THIS_MODULE, "myclass");
	device_create(myclass, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "mycdev");
	
	return 0;
}



static void mycdev_exit(void)
{
	kfree(memdev);
	cdev_del(&mycdev);
	unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
}


module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);

最后附上用户空间测试代码：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int fd;
	char buf[256] = {0};
	
	
	fd = open("/dev/mychrdev",O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(1);
	}
	
	write(fd,"hello,kernel!",strlen("hello,kernel!"));
	
	read(fd,buf,256);
	
	printf("%s\n",buf);
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

希望这些能对大家有所帮助，本人第一次发帖，其中存在诸多问题，欢迎大家指正，也希望能和诸位共同探讨，共同进步！

[赵4老师]