Linux字符設備驅動框架

1. 設備號

Linux內核中有很多的字符設備驅動，內核是如何區分它們的？ 每個字符設備都有一個唯一的標識 – 設備號，設備號的本質： 32位的無符號整數（dev_t）。

設備號由兩部分組成：

1 – 高12位稱為主設備號，表明這個設備屬于哪一類設備。

2 – 低20位成為次設備號，表明這個設備是同類設備中的具體哪一個。

設備號的申請方法：

第一種方法：靜態定義并注冊設備號

首先查看系統中有哪些設備號沒有被分配給具體的設備，然后確定一個給當前的設備使用(cat /proc/devices可以看哪些號被占用了)，定義方法如下：

dev_t devno = 主設備號<<20 | 次設備號;

或者使用系統接口進行組合

注冊設備號 – 使申請的設備號生效并保證設備號在Linux內核中的唯一性，使用下面的接口：

from： 要注冊的設備號

count：要注冊多少個設備號，例如count = 3， 主設備號是255， 次設備號是0，那么將按照順序依次注冊三個設備號，分別是（主：255，從：0）、（255，1）、（255，2）

name：給要注冊的設備命名，注冊成功可以通過cat /proc/devices查看到

第二種方法：動態申請并注冊設備號

此方法無需自己去確定哪個設備號可用，內核會查詢哪個設備號沒有被使用，然后分配給當前驅動進行注冊，所以大部分驅動都采用這種注冊方法，使驅動更加具有通用性（如果用靜態注冊，你選的設備號在當前設備上沒有使用，但是當這個驅動移植到其他的設備上，可是其他設備上的某個驅動也使用的這個這個設備號，那么這個驅動就會注冊失敗）。

功能：申請一個或多個設備號并進行注冊

dev：要注冊的設備的設備號，輸入參數，內核會尋找沒有使用的設備號，然后填充到這個dev參數中。

baseminor：主設備號由內核來確定，次設備號由我們自己去確定，baseminor就對應要申請的設備號的次設備號。

count：可以一次申請多個設備號，count表示要申請的設備號的數量，當申請多個設備號時，他們的主設備號一致，次設備號會在baseminor的基礎上依次加1。

name：要注冊的設備的名字，注冊成功可以通過cat /proc/devices查看到

最后，無論通過哪種方式注冊的設備號，在卸載模塊的時候都需要將注冊的設備號資源進行釋放：

from：要釋放的設備號

count：要一次釋放的設備號的數量，當釋放多個設備號時，系統會從from開始，依次加1作為新的設備號進行釋放

2. 字符設備操作集合 – file_operations結構體

設備驅動有各種各樣的， 鼠標驅動需要獲取用戶的坐標以及單雙擊動作、LCD驅動需要寫framebuffer等等，但是對上層開發調用這些驅動的人來說，他們可能不懂也不關心底層設備是如何工作的，為了簡化上層應用的操作，驅動程序給上層提供了統一的操作接口–open、read、write等，這樣，對應做應用開發的人來說，不管你是什么樣的設備，我只需要去打開（open）你這個設備，然后進行讀寫等操作就可以操作這個設備了。那么，驅動程序如何實現這樣統一的接口呢？需要實現下面的file_operations結構體：

這里只列出了幾個最基本的成員：

owner：一般填充THIS_MODULE，表示這個驅動（模塊）歸自己所有（這個概念對于初學者可能難以理解，到后面我會繼續說明）

open：打開設備驅動的函數指針

release：關閉設備驅動的函數指針，為了對每個設備驅動的訪問保護，所以用戶必須先打開設備，才能對設備進行讀寫等操作，操作完必須再關掉。

read：讀設備驅動的函數指針（比如用戶可以通過read接口讀取按鍵驅動的按鍵狀態等）

write：寫設備驅動的函數指針（比如用戶可以通過write接口寫LCD驅動的framebuffer顯存，將畫面顯示再lcd上）

用法：

定義一個屬于自己設備的操作集合xxx_fops，xxx通常命名為設備的名字，例如lcd_fops, key_fops等。

3. 字符設備的核心 – cdev結構體

分配、設置、注冊cdev結構體

內核用cdev結構體來表示一個字符設備，所以每個字符設備驅動，都需要注冊一個cdev結構體。

owner：一般填充THIS_MODULE，表示這個驅動（模塊）歸自己所有。

ops：對應這個設備的文件操作集合。

list：內核中有很多字符設備，每個設備對應一個自己的cdev，這些cdev通過這個list連在一起，當注冊一個新的cdev時，就會通過cdev里面的list掛到內核的cdev鏈表上。

count：同類設備，可以一次注冊多個cdev，但是他們的操作方法(fops)是一樣的，比如usb設備，多個usb共用一套操作方法(fops)，但是每個usb都有自己的cdev。

注冊cdev結構體 – 添加一個字符設備(cdev)到系統中：

有注冊同樣也有釋放：

最后的代碼

Makefile：