linux设备驱动模型一字符设备驱动实例

前面分析了驱动中的一些基本结构，下面结合实例分析一下驱动的编写及实现

下面这个例子来处网上：

#include <linux/module.h>   //模块所需的大量符号和函数定义
#include <linux/init.h>     //指定初始化和清楚函数
#include <linux/fs.h>       //文件系统相关的函数和头文件
#include <linux/cdev.h>     //cdev结构的头文件
#include <asm/uaccess.h>    //在内核和用户空间中移动数据的函数
#include <linux/slab.h>			//kfree、kmalloc分配头文件
MODULE_LICENSE("GPL");      //指定代码使用的许可证
//文件操作函数的声明
int globalvar_open(struct inode *, struct file *);
int globalvar_release(struct inode *, struct file *);
ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
int dev_major = 50;     //指定主设备号
int dev_minor = 0;      //指定次设备号

首先是头文件的包含，注意要包含slab.h头文件，否则会找不到kfree等函数。然后定义了主次设备号，这个在创建设备的时候会用到。

struct file_operations globalvar_fops= //将文件操作与分配的设备号相连
{
    owner: THIS_MODULE,                 //指向拥有该模块结构的指针
    open: globalvar_open,
    release: globalvar_release,
    read: globalvar_read,
    write: globalvar_write,
};
struct globalvar_dev                //用来表示我们定义设备的结构
{
    int global_var;                 //这个变量代表要操作的设备
    struct cdev cdev;               //内核中表示字符设备的结构
};
struct globalvar_dev *my_dev;       //设备结构的指针

定义了一个file_operations结构变量，中间主要是对一些函数指针的赋值，当我们调用相应的系统函数时就会找到这里对应的函数。

接着定义了一个结构体中，中间包含一个cdev结构，这个结构是字符设备中的一个重要的结构

//打开设备文件系统调用对应的操作
int globalvar_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct globalvar_dev *dev;
    //根据inode结构的cdev字段，获得整个设备结构的指针
    dev=container_of(inode->i_cdev, struct globalvar_dev, cdev);
    //将file结构中的private_data字段指向已分配的设备结构
    filp->private_data=dev;
    return 0;
}
//关闭设备文件系统调用对应的操作
int globalvar_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
//读设备文件系统调用对应的操作
ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
    //获取指向已分配数据的指针
    struct globalvar_dev *dev=filp->private_data;
    //将设备变量值复制到用户空间
    if(copy_to_user(buf, &dev->global_var, sizeof(int)))
    {
        return -EFAULT;
    }
    return sizeof(int);    //返回读取数据的大小
}
//写设备文件系统调用对应的操作
ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
    //获取指向已分配数据的指针
    struct globalvar_dev *dev=filp->private_data;
    //从用户空间复制数据到内核中的设备变量
    if(copy_from_user(&dev->global_var, buf, sizeof(int)))
    {
        return -EFAULT;
    }
    return sizeof(int);    //返回写数据的大小
}

定义了几个系统调用相应的函数，需要注意的是在open的时候将上面定义的结构保存在了file结构的private_data中，这样再以后的操作的时候只要从这里面取出来就可以了，如在read的时候将dev中的值拷贝给调用者

static void __exit globalvar_exit(void)         //退出模块时的操作
{
    dev_t devno=MKDEV(dev_major, dev_minor);    //dev_t是用来表示设备编号的结构
    cdev_del(&my_dev->cdev);                    //从系统中移除一个字符设备
    kfree(my_dev);                              //释放自定义的设备结构
    unregister_chrdev_region(devno, 1);         //注销已注册的驱动程序
    printk("globalvar unregister success\n");
}
static int __init globalvar_init(void)          //初始化模块的操作
{
    int ret, err;
    dev_t devno=MKDEV(dev_major, dev_minor);
    //动态分配设备号，次设备号已经指定
    ret=alloc_chrdev_region(&devno, dev_minor, 1, "globalvar");
    //保存动态分配的主设备号
    dev_major=MAJOR(devno);
    printk("dev_major = %d.\n", dev_major);
    //根据期望值分配设备号
    //ret=register_chrdev_region(devno, 1, "globalvar");
    if(ret<0)
    {
        printk("globalvar register failure\n");
        globalvar_exit();                      //如果注册设备号失败就退出系统
        return ret;
    }
    else
    {
        printk("globalvar register success\n");
    }
    //为设备在内核空间分配空间
    my_dev=kmalloc(sizeof(struct globalvar_dev), GFP_KERNEL);
    if(!my_dev)
    {
        ret=-ENOMEM;                           //如果分配失败返回错误信息
        printk("create device failed\n");
    }
    else                                       //如果分配成功就可以完成设备的初始化
    {
        my_dev->global_var=0;                        //设备变量初始化为0
        cdev_init(&my_dev->cdev, &globalvar_fops);   //初始化设备中的cdev结构
        my_dev->cdev.owner=THIS_MODULE;              //初始化cdev中的所有者字段
        err=cdev_add(&my_dev->cdev, devno, 1);       //向内核添加这个cdev结构的信息
        if(err<0)
            printk("add device failure\n");          //如果添加失败打印错误消息
    }
    return ret;
}
module_init(globalvar_init);        //模块被装载时调用globalvar_init
module_exit(globalvar_exit);        //模块被卸载时调用globalvar_exit

接下来的就是模块的初始化即退出了，初始化的时候有两种方法分配主设备号，一种是调用alloc_chrdev_region动态分配，这个时候主设备号是随机的，后面创建设备需要注意匹配，否则调用open的时候会失败，另外一种就是调用 register_chrdev_region分配固定的主次设备号，这个时候主次设备号就是文件前面定义的 50 和0

撯接着给我们定义的结构分配空间赋值，调用cdev_init初始化cdev并将前面定义的file_operations结构赋值给它，最后调用cdev_add向内核添加这个cdev结构。

makefile比较简单

EXTRA_CFLAGS := -g
obj-m += globalvar.o

default:
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ SUBDIRS=$(shell pwd) modules

编译后使用insmod globalvar.ko加载模块

可以使用cat /proc/devices 或dmesg或lsmod查看下模块是否加载成功

加载成功后可以用mknod创建一个设备文件

[email protected]:/home/leaves/Test/cha# rmmod globalvar.ko 
[email protected]:/home/leaves/Test/cha# insmod globalvar.ko            
[email protected]:/home/leaves/Test/cha# rm -f /dev/globalvar 
[email protected]:/home/leaves/Test/cha# mknod /dev/globalvar c 250 0


[email protected]:/home/leaves# ^C
[email protected]:/home/leaves# cat /proc/kmsg 
<4>[82981.675828] dev_major = 250.
<4>[82981.675918] globalvar register success

这里使用的是动态分配主设备号这里可以看到分配的主设备号是250，所以创建调用的时候使用mknod /dev/globalvar c 250 0，如果是固定分配，对应这里文件定义的主调和号是50，这里创建设备应该使用mknod /dev/globalvar c 50 0

设备创建发好后，我们需要一个程序来测试一下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
main()
{
    int fd, num;
    fd=open("/dev/globalvar", O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);     //可读写方式打开设备文件
    if(fd!=-1)
    {
        read(fd, &num, sizeof(int));                        //读取设备变量
        printf("The globalvar is %d\n", num);
        printf("Please input the num written to globalvar\n");
        scanf("%d", &num);
        write(fd, &num, sizeof(int));                       //写设备变量
        read(fd, &num, sizeof(int));                        //再次读取刚才写的值
        printf("The globalvar is %d\n", num);
        close(fd);                                          //关闭设备文件
    }
    else
    {
    		perror("ERROR:");
        printf("Device open failure\n");
    }
}

这里只是简单的打开设备读写数据

如果创建的设备没有问题，是应该可以和设备文件交互的

[email protected]:/home/leaves/Test/cha# ./a.out                     
The globalvar is 0
Please input the num written to globalvar

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