編寫字符設備小Demo

Linux內核——字符設備.

---

• 設備相關點解
• 簡述字符設備驅動的設計流程
  • 定義一個字符設備
  • 定義並初始化一個文件操作集
  • 源碼及詳解
• 編寫對應Makefile

• 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

  obj-m += led_dev.o KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi- PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules clean: rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf

設備相關點解.

Linux驅動設備一共分爲三種：字符設備、塊設備、網絡設備，其中只有網絡設備比較特殊，其在/dev目錄下是沒有設備文件的。

區分文件類型：

符號	文件類型
c	字符設備
b	塊設備
d	目錄
l	符號鏈接

字符設備

       該設備對數據的處理按照字節流的形式進行的，支持順序訪問（是有時間的概念），也可以支持隨機訪問。
典型的字符設備：串口、鍵盤、觸摸屏、攝像頭、I2C、SPI、聲卡、幀緩衝設備….
順序訪問的設備：串口、鍵盤、觸摸屏
隨機訪問的設備：幀緩衝設備

       應用程序，能夠使用系統IO函數來就行訪問：open、write、read、lseek、close…..

比如在根目錄的/dev下我們能看到

       其中第五第六列分別是主設備號和次設備號
如：fb0的主設備號爲29,次設備號爲0

1	crw-rw---- 1 root video 29, 0 Feb 6 11:52 fb0

主設備號

主設備號主要用於區分某一類型的設備，比如顯示器、鼠標、鍵盤、硬盤等

次設備號

       次設備號用來區分同一類型設備的不同個體或者不同分區，比如顯示器A.a、顯示器A.b 或者硬盤的分區1～分區7;

---

簡述字符設備驅動的設計流程.

1. 首先定義一個字符設備 struct cdev
2. 申請設備號
   a. 靜態註冊

   MKDEV
   register_chrdev_region

   b. 動態註冊

   alloc_chrdev_region

3. 定義file_operations，初始化打開、關閉、讀、寫等函數接口。
4. cdev初始化
   .cdev_init
5. 將cdev加入到內核
   .cdev_add
6. 創建設備文件
   .手動創建，去/dev目錄進行創建
   .自動創建
   1)class_create
   2)device_create

---

此處默認都能使用Source Insight來閱讀內核源碼了

定義一個字符設備.

使用到一個結構體，見include/linux/cdev.h –> cdev

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

#include <linux/cdev.h> struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; struct list_head list; dev_t dev; unsigned int count; };

kobj：內核管理驅動的時候，自動管理的對象，自動鏈接調用(不需要我們管);
*owner：屬於哪一個內核模塊，初始化一般默認編寫值爲THIS_MODULE，指向當前模塊;(重點)
*ops：字符設備文件操作集;(重點)
list：內核自動管理字符設備的鏈表，內核自動調用;
dev：設備號;
count：對當前設備申請次設備號的數目;(重點)

定義並初始化一個文件操作集.

定義一個file_operations結構體，見/include/linux/fs.h –> file_operations

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

#include <linux/fs.h> 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 (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, 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 (*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 (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int); ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int); int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **); long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset, loff_t len); };

       當然很多時候我們用不到它結構體定義的這麼多函數接口，只需保留最常用的即可;

       每個字符設備都必須有一個文件操作集，文件操作集是驅動程序給應用程序訪問硬件的一個接口，應用層與驅動程序函數接口的對應關係如下：

應用層	驅動層
open	open
close	release
write	write
read	read
lseek	llseek
ioctl	unlocked_ioctl

用法例子：（摘自源碼bsg.c）

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

static const struct file_operations bsg_fops = { .read = bsg_read, .write = bsg_write, .poll = bsg_poll, .open = bsg_open, .release = bsg_release, .unlocked_ioctl = bsg_ioctl, .owner = THIS_MODULE, .llseek = default_llseek, };

對應的：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

static ssize_t bsg_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { struct bsg_device *bd = file->private_data; ... ... ... return bytes_read; } static ssize_t bsg_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { struct bsg_device *bd = file->private_data; ssize_t bytes_written; ... ... ... return bytes_written; } ... ... ...

當應用層的 open函數 調用了 xxx.ko 的 xxx_open 函數
當應用層的 write函數 調用了 xxx.ko 的 xxx_write 函數
當應用層的 close函數 調用了 xxx.ko 的 xxx_release 函數
…

我們需要定義一個file_operations的結構體把自己編寫的接口配置進去，以便後續cdev_init的初始化。

---

源碼及詳解.

led_dev.c

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105

#include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/fs.h> //1.定義字符設備 static struct cdev led_cdev; //2.聲明設備號 static dev_t led_dev_num; static ssize_t led_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset) { printk("<3>""led_read\n"); return 0; } static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset) { printk("<3>""led_write\n"); return 0; } static int led_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk("<3>""led_open\n"); return 0; } static int led_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk("<3>""led_release\n"); return 0; } //3.定義file_operations static const struct file_operations led_fops = { .read = led_read, .write = led_write, .open = led_open, .release = led_release, .owner = THIS_MODULE }; //入口函數 static int __init gec6818_led_init(void) { int ret = 0; led_dev_num = MKDEV(239,0); //2.1靜態申請設備號 主設備號爲239,次設備號爲0 //2.2註冊設備號 int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) ret = register_chrdev_region(led_dev_num, 1, "myled"); if (ret < 0) { printk("<3>""register chrdev region error\n"); return -1; } //4.字符設備的初始化 void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops) cdev_init(&led_cdev, &led_fops); //5.將設備加入到內核 int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count) ret = cdev_add(&led_cdev, led_dev_num, 1); if(ret < 0) { printk("<3>""cdev_add error\n"); goto err_cdev_add; } printk("<3>""gec6818 led init success\n"); printk("<3>""device num: %d\n", MAJOR(led_dev_num)); printk("<3>""device last num: %d\n", MANOR(led_dev_num)); return 0; err_cdev_add: unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1); //註銷設備號 return ret; } //出口函數 static void __exit gec6818_led_exit(void) { cdev_del(&led_cdev); //從系統中刪除字符設備 unregister_chrdev_region(led_dev_num, 1); //註銷設備號 printk("<4>""gec6818 led exit\n"); } //驅動程序的入口：insmod led_drv.ko調用module_init，module_init又會去調用gec6818_led_init。 module_init(gec6818_led_init); //驅動程序的出口：rmmod led_drv調用module_exit，module_exit又會去調用gec6818_led_exit。 module_exit(gec6818_led_exit) //模塊描述 MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息 MODULE_DESCRIPTION("study kernal first code test"); //模塊功能說明 MODULE_LICENSE("GPL"); //許可證：驅動遵循GPL協議

要點詳解

靜態申請設備號 MKDEV

MKDEV 原型 參數1：主設備號，參數2：次設備號

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

註冊設備號

register_chrdev_region 原型 參數1：聲明的設備號，參數2：註冊的數量，參數3：註冊的名字 返回值：成功爲0，失敗返回負數的錯誤碼

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

字符設備的初始化

cdev_init 原型 參數1：定義的字符設備，參數2：file_operations

1	void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

將設備加入內核

cdev_add 原型 參數1：定義的字符設備地址，參數2：聲明的設備號，參數3：加入的數量，返回值：成功爲0,失敗爲負數錯誤值

1	int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

設備號註銷

unregister_chrdev_region 原型 參數1：聲明的設備號，參數2：數量

1	void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

將字符設備從內核刪除

cdev_del 原型 參數1：定義的字符設備地址

1	void cdev_del(struct cdev *p)

---

編寫對應Makefile.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

obj-m += led_dev.o KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi- PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules clean: rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf

---

編譯完成後，insmod到Linux系統中後，可以通過lsmod查看相關信息，也可以使用cat命令查看/proc/devices，能夠找到註冊成功的設備名字。

注意：由於沒有這裏只是小demo是需要手動創建設備節點的，如果配合應用程序使用時，需要爲該設備在/dev目錄下創建設備文件;
使用：

mknod /dev/led c 239 0
mknod 設備文件 設備類型 主設備號 次設備號

後續的博客中將會加入自動創建設備節點的代碼，和講解！
注意
1.手動創建設備文件的時候，主設備號和次設備號不能寫錯;
2.若此前的設備文件已經存在，再次創建相同名字的設備文件，會出現錯誤;（解決方法：先使用rm命令刪除原來的設備文件，再使用mknod命令重新創建。）

最後用ls -l /dev/xxx檢查是否創建成功！

---

我的GITHUB