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linux字符設備驅動總結之：全自動創建設備及節點
看了LDD3，深入淺出LDD，以及各個博文，還是需要總結下的。
張永輝 2012年10月9日
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概覽：
第一步：註冊設備號 信息#tail -f /var/log/message
註冊函數：
register_chrdev_region() 或 查看#lsmod
alloc_chrdev_region() 或 查看#cat /proc/devices
register_chrdev()
註銷函數：
unregist_chrdev_region() 或
unregister_chrdev()
第二步：初始化cdev並添加到系統
初始化cdev
靜態初始化 cdev_init() 或
動態初始化 cdev_alloc()
添加到系統函數
cdev_add()
從系統刪除函數
cdev_del()
第三步：創建設備節點
創建類
class_create() 將放於/sysfs 查看#ls /sys/class
刪除類
class_destroy()
創建節點
device_create() 或 class_device_create() 將存放於/dev 查看#ls /dev
刪除節點
device_destroy() 或 class_device_destroy()
第四步：簡單示例(待續...)
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第一步：註冊設備號
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Linux內核中所有已分配的字符設備編號都記錄在一個名爲 chrdevs 散列表裏。
該散列表中的每一個元素是一個 char_device_struct 結構，它的定義如下：
static struct char_device_struct
{
struct char_device_struct *next; // 指向散列衝突鏈表中的下一個元素的指針
unsigned int major; // 主設備號
unsigned int baseminor; // 起始次設備號
int minorct; // 設備編號的範圍大小
char name[64]; // 處理該設備編號範圍內的設備驅動的名稱
struct file_operations *fops; // 沒有使用
struct cdev *cdev; // 指向字符設備驅動程序描述符的指針
}*chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
1 每一個主設備有一個會分配一個此結構，可以有多個次設備號。次設備是依次遞增的。
2 內核提供了5個函數來來管理字符設備編號。
register_chrdev_region() 指定初始值
alloc_chrdev_region() 動態分配
register_chrdev() 指定設備號
他們都會調用 __register_chrdev_region() 來註冊一組設備編號範圍(一個char_device_struct結構),我們使用其中一個即可。
unregist_chrdev_region() 釋放都用此函數
unregister_chrdev() 都調用了 __unregister_chrdev_region() 來註銷設備
註冊：
register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)
first :要分配的設備編號範圍的初始值(次設備號常設爲0);
count :連續編號範圍.
Name :編號相關聯的設備名稱. (/proc/devices);
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);
*dev :存放返回的設備號
firstminor :第一個次設備號的號數,常爲0;
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)
major ：要註冊的設備號， 若爲0則自動分配一個
name ：設備名
*fops ：以後再聊
釋放:
void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
3 示例：略
4 參考：感謝原著 (有此6個函數的源碼及解說)。
http://blog.csdn.net/iLetLet/article/details/6180314
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第二步：初始化 cdev 並添加到系統
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1.內核中每個字符設備都對應一個 cdev 結構的變量，定義如下：
linux-2.6.22/include/linux/cdev.h
struct cdev
{
struct kobject kobj; //每個 cdev 都是一個 kobject
struct module *owner; //指向實現驅動的模塊
const struct file_operations *ops; //操縱這個字符設備文件的方法
struct list_head list; //與 cdev 對應的字符設備文件的 inode->i_devices 的鏈表頭
dev_t dev; //起始設備編號
unsigned int count; //設備範圍號大小
};
2. 初始化cdev ：有兩種定義初始化方式：
方式1：靜態內存定義初始化：
struct cdev my_cdev;
cdev_init(&my_cdev, &fops);
my_cdev.owner = THIS_MODULE;
方式2：動態內存定義初始化：
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &fops;
my_cdev->owner = THIS_MODULE;
下面是2函數的具體代碼：
struct cdev *cdev_alloc(void) //它主要完成了空間的申請和簡單的初始化操作；
{
struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
if (p)
{
INIT_LIST_HEAD(&p->list);
kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);
}
return p;
}
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev); //主要是對空間起到一個清零作用並較之cdev_alloc多了一個ops的賦值操作
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;
}
3. 添加cdev到系統
爲此可以調用 cdev_add() 函數。傳入cdev結構的指針，起始設備編號，以及設備編號範圍。
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);
}
釋放時使用 cdev_del()函數來釋放cdev佔用的內存。
void cdev_del(struct cdev *p)
{
cdev_unmap(p->dev, p->count); //釋放 cdev_map 散列表中的對象
kobject_put(&p->kobj); //釋放 cdev 結構本身。
}
4.關於kobject_init() kobj_map()
內核中所有都字符設備都會記錄在一個 kobj_map 結構的 cdev_map 變量中。
這個結構的變量中包含一個散列表用來快速存取所有的對象。
kobj_map() 函數就是用來把字符設備編號和 cdev 結構變量一起保存到 cdev_map 這個散列表裏。
當後續要打開一個字符設備文件時，通過調用 kobj_lookup() 函數，根據設備編號就可以找到 cdev 結構變量，從而取出其中的 ops 字段。
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第三步：創建設備節點
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方法一：利用mknod命令手動創建設備節點。
方法二：實際上Linux內核爲我們提供了一組函數,可以在模塊加載的時候在/dev目錄下創建相應設備節點,在卸載時可刪除該節點。
原理：
1 內核中定義了struct class結構體，它對應一個類。
2 先調用class_create()函數，可以用它來創建一個類，這個類將存放於sysfs下面.
3 再調用device_create()函數，從而在/dev目錄下創建相應的設備節點。
4 卸載模塊對應的函數是 device_destroy 和 class_destroy()
注：2.6 以後的版本使用device_create(),之前的版本使用的class_device_create()。
詳解：
1:class結構：
include/linux/device.h
struct class
{
const char *name;
struct module *owner;
struct kset subsys;
struct list_head devices;
struct list_head interfaces;
struct kset class_dirs;
struct semaphore sem; /* locks children, devices, interfaces */
struct class_attribute *class_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
int (*dev_uevent) (struct device *dev,struct kobj_uevent_env *env);
void (*class_release)(struct class *class);
void (*dev_release) (struct device *dev);
int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device *dev);
};
2:class_create()
class_create()在/drivers/base/class.c中實現：
struct class *class_create(struct module *owner, // 指定類的所有者是哪個模塊
const char *name) // 指定類名
{
struct class *cls;
int retval;
cls = kzalloc(sizeof(*cls), GFP_KERNEL);
if (!cls)
{
retval = -ENOMEM;
goto error;
}
cls->name = name;
cls->owner = owner;
cls->class_release = class_create_release;
retval = class_register(cls);
if (retval)
goto error;
return cls;
error:
kfree(cls);
return ERR_PTR(retval);
}
3:device_create()函數在/drivers/base/core.c中實現：
struct device *device_create(struct class *class, //指定所要創建的設備所從屬的類
struct devicev *parent, //這個設備的父設備,如果沒有就指定爲NULL
dev_t devt, //設備號
const char *fmt, //設備名稱
...) //從設備號
{
va_list vargs;
struct device *dev;
va_start(vargs, fmt);
dev = device_create_vargs(class, parent, devt, NULL, fmt, vargs);
va_end(vargs);
return dev;
}