• 字符设备驱动模型


    1.设备描述结构cdev
    驱动模型种类繁多,这就需要我从众多的模型中提取出他们的一些共性:
    a.驱动初始化
    a.1 分配设备描述结构
    a.2 初始化设备描述结构
    a.3 注册设备描述结构
    a.4 硬件初始化
    b.实现设备操作
    c.驱动注销

    ------------------------------------------------------------------

    设备描述结构:
    在任何一种驱动模型中,设备都会用的内核中的一种结构来描述,我们的字符设备在内核中使用struct cdev 来来描述。
    struct cdev {
    struct kobject kobj;
    struct module *owner;
    const struct file__operations *ops;//设备操作集
    struct list_head list;
    dev__t dev;//设备号
    unsigned int count;//设备数
    };
    查看/dev目录下的设备号:
    ls -l /dev
    每行的第五,六分别为主次设备号。
    主设备号将驱动程序与设备文件建立联系,
    次设备号是让驱动程序区分串口1,串口2.区分同类型的设备。

    a.设备号操作:
    linux内核中使用dev_t类型来定义设备号,dev_t这种类型其实质为32为的unsigned int ,其中高12为为主设备号,低20为为此设备号。
    1.如何知道主次设备号。怎么组合成dev_t类型?
    dev_t dev = MKDEV
    2.如何从dev_t中分解出主次设备号?
    主设备号=MAJOR(dev_t dev)
    次设备号=MINOR(dev_t dev)

    b.设备号分配:
    静态申请:开发者自己选择一个数字作为主设备号,然后通过函数register_chrdev_region向内核申请使用,缺点:如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了,则申请失败。
    动态分配:
    使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。
    优点:因为内核知道哪些号已经被使用了,所以不会导致分配到已经被使用的号 。

    c.设备号注销:
    不管使用何种方法分配设备号,都应该在驱动退出时,使用unregister_chrdev_region函数释放这些设备号。

    --------------------------------------------------------------

    操作函数集
    const struct file_operation *ops;充当了一个映射关系表的作用。
    file_operation类似于一张表,将系统调用函数,与驱动程序中的函数对应起来。
    对应不支持的操作则设置函数指针为NULL,
    struct file_operation dev_fops = {
    .llseek= NULL,
    .read = dev_read,
    }

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    2.字符设备驱动模型
    a.驱动初始化
    a.1 分配描述结构:
    cdev变量的定义可以采用静态和动态两种方法
    静态分配:struct cdev mdev
    动态分配:struct cdev *pdev = cdev_alloc();
    a.2 初始化描述结构
    struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。
    cdev_init(struct cdev *cdev,const struct file_operation *fops)
    cdev:待初始化的cdev结构
    fops:设备对应的操作函数集
    a.3注册描述结构
    字符设备的注册使用cdev_add函数来完成
    cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)
    p:待添加到内核的字符设备结构
    dev:设备号
    count:该类设备的设备个数
    a.4硬件初始化
    b.实现设备操作
    open release write llseek read (这些操作别名设备方法)
    了解操作什么时候被调用,了解这些操作要完成一些什么功能?
    int (*open)(struct inode*,struct file*):打开设备,相应open系统。
    int(*release)(struct inode*,struct file*):关闭设备,响应close系统调用。
    loff_t(*llseek)(struct file*,loff_t,int):重定位读写指针,响应lseek系统调用。
    ssize_t(*read)(struct file*,char __user*,size_t,loff_t*):从设备读取数据,响应read系统调用
    ssize_t(*write)(struct file*,const char __user*,size_t,loff_t*):向设备写入数据,响应write系统调用。

    struct file:在linux系统中,每一个打开的文件,在内核中都会关联一个struct file,它由内核在打开文件时创建,在文件关闭后释放。
    loff_t f_pos /*文件读写指针*/
    struct file_operations *f_op/*该文件所对应的操作*/

    struct inode:每一个文件系统里面的文件都会关联一个inode结构,该结构主要用来记录文件物理上的信息,因此,它和代表打开文件的file 结构是不同的,一个文件没有被打开时不会关联file结构,但是却会关联一个inode结构。
    dev_t i_rdev:设备号。

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    设备操作
    open :表明次设备号,启动设备。
    release:关闭设备
    read:从设备中读取数据,将读取到的数据返回给应用程序。
    注意:buff参数是来源于用户空间的指针,这类指针都不能被内核代码直接引用,必须使用专门的函数
    int copy_from_user(void*to,const_void __user* from,int n)
    int copy_to_user(void __user*to,const void *from,int n)

    ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
    参数分析:
    filp:与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建。
    buff : 从设备读取到的数据,需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。
    count: 请求传输的数据量,由read系统调用提供该参数。
    offp: 文件的读写位置,由内核从file结构中取出后,传递进来。

    驱动注销:
    使用函数cdev_del

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