字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型淺析

在linux系統(tǒng)中，很多驅(qū)動(dòng)是字符型驅(qū)動(dòng)，有些是直接編譯集成在內(nèi)核中，另一些是單獨(dú)編譯成“。ko”動(dòng)態(tài)加載的。其實(shí)字符驅(qū)動(dòng)只是個(gè)外殼，用于內(nèi)核與應(yīng)用程序間通信，無(wú)非是調(diào)用open，release，read，write和ioctl等例程。所以根據(jù)應(yīng)用不同，字符驅(qū)動(dòng)能會(huì)調(diào)用其他驅(qū)動(dòng)模塊，如i2c、spi和v4l2等，于是字符驅(qū)動(dòng)還可分WDT驅(qū)動(dòng)、RTC驅(qū)動(dòng)和MTD驅(qū)動(dòng)等。所以在分析其他驅(qū)動(dòng)模塊之前有必要好好分析下字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型。本篇文章要講的就是字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型，也就是字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)是怎么注冊(cè)和注銷的，怎么生成設(shè)備節(jié)點(diǎn)的，怎么和應(yīng)用程序關(guān)聯(lián)的，例程調(diào)用具體如何實(shí)現(xiàn)的等等。

一、字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)和注銷

對(duì)于寫過(guò)linux-2.6內(nèi)核（本文采用linux-2.6.18內(nèi)核）字符驅(qū)動(dòng)的程序員來(lái)說(shuō)，對(duì)下面這段程序的形式肯定不陌生。int result；

/*

* Register the driver in the kernel

* Dynmically get the major number for the driver using

* alloc_chrdev_region function

*/

result = alloc_chrdev_region（ 0， 1，“testchar”）；

/* if it fails return error */

if （result dev = 1；

base->range = ~0； /*初始的范圍很大*/

base->get = base_probe； /*保存函數(shù)指針*/

for （i = 0； i probes[i] = base； /*所有指針都指向同一個(gè)base */

p->lock = lock；

return p；

}.

復(fù)制代碼該函數(shù)只是分配了一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct kobj_map，并做了初始化，保存了函數(shù)指針base_probe和全局鎖lock。

下面就按照驅(qū)動(dòng)注冊(cè)流程一個(gè)個(gè)解析這些例程調(diào)用吧。首先是alloc_chrdev_region（）函數(shù)，解析它之前，先看看結(jié)構(gòu)體（定義了255個(gè)結(jié)構(gòu)體指針），static struct char_device_struct {

/*被255整除后相同的設(shè)備號(hào)鏈成一個(gè)單向鏈表*/

struct char_device_struct *next；

unsigned int major； /*主設(shè)備號(hào)*/

unsigned int baseminor； /*次設(shè)備起始號(hào)*/

int minorct； /*次設(shè)備號(hào)范圍*/

char name[64]； /*驅(qū)動(dòng)的名字*/

struct file_operations *fops； /*保存文件操作指針，目前沒(méi)有使用*/

struct cdev *cdev； /* will die */ /*目前沒(méi)有使用*/

} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]； /* CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE = 255 */

復(fù)制代碼它的作用僅僅是用于注冊(cè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，保存已經(jīng)注冊(cè)字符驅(qū)動(dòng)的一些信息，如主次設(shè)備號(hào)，次設(shè)備號(hào)的數(shù)量，驅(qū)動(dòng)的名字等，便于字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)注冊(cè)時(shí)索引查找。

alloc_chrdev_region（）函數(shù)很簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)用__register_chrdev_region（）來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)英語(yǔ)注釋你也可以明白，這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)作用，一是，如果主設(shè)備號(hào)為0，則分配一個(gè)最近的主設(shè)備號(hào)，返回給調(diào)用者；二是，如果主設(shè)備號(hào)不為0，則占用好該主設(shè)備號(hào)對(duì)應(yīng)的位置，返回給調(diào)用者。如下，static struct char_device_struct *

__register_chrdev_region（unsigned int major， unsigned int baseminor，

int minorct， const char *name）

{

struct char_device_struct *cd， **cp；

int ret = 0；

int i；

cd = kzalloc（sizeof（struct char_device_struct）， GFP_KERNEL）；

if （cd == NULL）

return ERR_PTR（-ENOMEM）；

mutex_lock（ /*這下看到了吧，加鎖，就允許你一個(gè)人進(jìn)來(lái)*/

/* temporary */

if （major == 0） { /*如果主設(shè)備號(hào)為零，則找一個(gè)最近空閑的號(hào)碼分配*/

for （i = ARRAY_SIZE（chrdevs）-1； i > 0； i——） {

if （chrdevs[i] == NULL）

break；

}

if （i == 0） {

ret = -EBUSY；

goto out；

}

major = i；

ret = major；

}

/*這些不用說(shuō)你懂的*/

cd->major = major；

cd->baseminor = baseminor；

cd->minorct = minorct；

strncpy（cd->name，name， 64）；

i = major_to_index（major）；

/*如果主設(shè)備號(hào)不為0，則占用好該主設(shè)備號(hào)對(duì)應(yīng)的位置*/

for （cp = *cp； cp =

if （（*cp）->major > major ||

（（*cp）->major == major （*cp）->baseminor >= baseminor））

break；

if （*cp （*cp）->major == major

（*cp）->baseminor next = *cp；

*cp = cd；

mutex_unlock（ /*開(kāi)鎖，隊(duì)列里的下一個(gè)人可以進(jìn)來(lái)了*/

return cd；

out：

mutex_unlock（

kfree（cd）；

return ERR_PTR（ret）；

}

復(fù)制代碼接著是cdev_init（）函數(shù)，先說(shuō)說(shuō)cdev的結(jié)構(gòu)體，struct cdev {

struct kobject kobj； /*不多解釋了，看看鄙人前面寫的文章吧*/

struct module *owner； /*模塊鎖定和加載時(shí)用得著*/

const struct file_operations *ops； /*保存文件操作例程結(jié)構(gòu)體*/

struct list_head list； /* open時(shí)，會(huì)將其inode加到該鏈表中，方便判別是否空閑*/

dev_t dev； /*設(shè)備號(hào)*/

unsigned int count；

}；

復(fù)制代碼cdev結(jié)構(gòu)體把字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)和文件系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，后面解析字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)怎樣運(yùn)行的時(shí)候會(huì)詳談。

cdev_init（）函數(shù)如下，void cdev_init（struct cdev *cdev， const struct file_operations *fops）

{

memset（cdev， 0， sizeof *cdev）；

INIT_LIST_HEAD（

cdev->kobj.ktype = /*卸載驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)用到，別急，后面詳講*/

kobject_init（

cdev->ops = fops； /*用戶寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)fops就保存在這了*/

}.

復(fù)制代碼你也看到了，該函數(shù)就是對(duì)變量做了初始化，關(guān)于kobject的解析，建議你看看鄙人博客上寫的《Linux設(shè)備模型淺析之設(shè)備篇》和《Linux設(shè)備模型淺析之驅(qū)動(dòng)篇》兩篇文章，這里就不詳談了。

用戶的fops，在本文中是test_fops，一般形式是這樣的，

static const struct file_operations test_fops = {

。owner = THIS_MODULE，

。open = test_fops_open，

。release = test_fops_release，

。ioctl = test_fops_ioctl，

。read = test_fops_read，

。write = test_fops_write，

}；