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一、 實現思路：
Linux將硬件設備看做一類特殊的文件(/dev/*)，設備驅動程序被組織爲一組完成不同任務的函數的集合，通過這些函數使得linux的設備操作猶如文件一般。在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以象操作普通文件一樣對硬件設備進行操作，如open()、close()、read()、write() 等。
所以，一個字符( char ) 設備也就是一種可以當作一個字節流來存取的設備( 如同一個文件 )，可以通過一系列的文件操作實現字符設備驅動程序。
二、 實驗步驟：
（１） 設置內核支持模塊（make menuconfig），如圖2.1所示：
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<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />
圖2.1 模塊支持的設置
不過，這一步可以省略，因爲所使用的linux系統――linux-up內核，默認支持模塊的。
（２） 所需頭文件及宏定義
#include <linux/kernel.h> // for kernel programming
#include <linux/module.h> // for kernel module struct.
#include <linux/fs.h> // struct file_operations
#define RWBUF_NAME “rwbuf” // 設備文件 /dev/rwbuf
#define RWBUF_DEV “/dev/rwbuf” // device path
#define RWBUF_MAJOR 60 // 主設備號
#define RWBUF_CLEAR 0x909090 // IO Ctrl Command
（３） 重要的數據結構：file_operations，file，inode
<linux/fs.h>中定義了這三個結構.
struct file_operations {
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, char __user *, size_t, loff_t);
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const char __user *, size_t, loff_t);
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
int (*check_flags)(int);
int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
}
file_operations 結構定義了一組函數指針,每一個打開的文件(用struct file表示)和它自己的一組函數(包含在一個叫f_op的域中,它指向一個 struct file_operations結構)相聯繫.這些操作都是來實現系統調用的,所以才被命名爲open,read,等等.對於那些不需要的 功能(比如你的設備不需要write功能,即不需要向設備寫數據),可以給write指針付NULL.
struct file
{
struct list_head f_list;
struct dentry *f_dentry;
struct vfsmount *f_vfsmnt;
struct file_operations *f_op;
atomic_t f_count;
unsigned int f_flags;
mode_t f_mode;
int f_error;
loff_t f_pos;
struct fown_struct f_owner;
unsigned int f_uid, f_gid;
struct file_ra_state f_ra;
unsigned long f_version;
void *f_security;
/* needed for tty driver, and maybe others */
void *private_data;
#ifdef CONFIG_EPOLL
/* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */
struct list_head f_ep_links;
spinlock_t f_ep_lock;
#endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */
struct address_space *f_mapping;
};
每個打開的文件對應一個struct file.它在被打開時由內核創建,並傳給它所有可以操作該文件的函數,到文件被關閉時才被刪除.
The inode Structure.
Inode結構是用來在內核內部表示文件的.同一個文件可以被打開好多次,所以可以對應很多struct file,但是隻對應一個struct inode.該結構裏面包含了很多信息,但是,驅動開發者只關心裏面兩個重要的域:
dev_t i_rdev;//含有真正的設備號
struct cdev *i_cdev;//struct cdev是內核內部表示字符設備的結構.
（４） 註冊設備號
定義好major和minor number 後就可以在內核中註冊一個設備了.註冊一個字符設備需要用到下面幾個函數:
int register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name);
first是要註冊的設備號範圍的開始(其中minor號一般設置爲0),count是所申請的連續設備號的總數.name是設備的名稱.它會在/proc/devices中出現.
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);
這個函數是用來動態分配設備號的.有餘開發者不知道所要用的major號是多少,便讓內核動態分配一個.參數dev是個output-only參數.
void unregister_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count);
一般在模塊清除函數中調用.
（５） 用戶接口實現
定義操作集合：
static struct file_operations rwbuf_fops =
{
open: rwbuf_open,
release: rwbuf_close,
read: rwbuf_read,
write: rwbuf_write,
ioctl: rwbuf_ioctl,
};
然後分別實現各個操作，詳見代碼。
（６） 編譯及加載設備模塊
編譯：
gcc -c rwbuf.c -D__KERNEL__ -DMODULE -DMODVERSIONS -Wall -include /usr/src/linux/include/linux/modversions.h -I/usr/src/linux/include
安裝與卸載：
mknod /dev/rwbuf c 60 0 創建設備文件
/sbin/insmod rwbuf.o 安裝設備驅動
/sbin/rmmod rwbuf 卸載設備驅動
（７） 測試驅動程序
void writer()
{
char yourmsg[1000]="Hello OYZ!";
char c;
int i = 0, h = 0, n = 0 ;
h=open(RWBUF_DEV,O_WRONLY);
n = write(h, yourmsg, sizeof(yourmsg)+1);
close(h);
printf("write OK!/n");
}
void reader()
{
char yourmsg[1000];
int h=open(RWBUF_DEV,O_RDONLY);
int n=read(h,yourmsg,sizeof(yourmsg));
close(h);
printf("read OK!/n");
}
void cleaner()
{
char yourmsg[1000];
int h=open(RWBUF_DEV,O_RDWR);
int n=ioctl(h,RWBUF_CLEAR,0);
close(h);
printf("rwbuf successfully removed!/n");
}
三、 實驗結果：
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圖2.2 字符設備測試結果
測試結果如上圖２所示，可以說明字符驅動設備添加成功。
如果將rwbuf模塊卸載，則測試程序將不能輸入寫入的字符串，如下圖所示：
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圖2.3 卸載先前已裝入的字符設備
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