驱动开发之新字符设备驱动开发

1.前言

register_chrdev 和 unregister_chrdev 这两个函数是老版本驱动使用的函数，现在新的

字符设备驱动已经不再使用这两个函数，而是使用 Linux 内核推荐的新字符设备驱动 API 函数。

旧版本的接口使用，感兴趣可以看下面这个博客：

驱动开发之字符设备开发-CSDN博客

2.剧情前透

在旧版本开发过程中，不难发现两个比较烦人的问题：

（1）设备号是静态分配的，需要我们去cat /proc/devices命令查看设备占用的设备ID号，看看哪些空闲的，而且还要看看 Documentation/devices.txt文档里面有没有占用的风险

（2）设备需要自己去创建，如：mknod /dev/chrdevbase c 200 0 创建设备节点。假如是动态分配的设备号，还得每一次通过cat /proc/devices命令查看设备占用的设备ID号，再通过mknod命令创建节点给应用层使用。

基于以上两个问题：本章就要解决这两个问题，自动分配管理设备号，自动创建设备文件。同时使用新的字符设备接口创建字符设备。

3.分配和释放设备号

3.1.没有指定设备号的申请函数

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

参数如：

dev：保存申请到的设备号。

baseminor：次设备号起始地址，

count：要申请的设备号数量。

name：设备名字。

使用注意：在调用之前，得通过devid = MKDEV(major, minor);生成设备ID。

3.2.给定了设备的主设备号和次设备号的申请函数

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

参数如：

from 是要申请的起始设备号，也就是给定的设备号

count 是要申请的数量，一般都是一个；

name 是设备名字。

3.3.释放设备号函数

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

参数如：

from 是要申请的起始设备号，也就是给定的设备号

count 是要申请的数量，一般都是一个；

3.4.申请函数的使用模板

int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
dev_t devid; /* 设备号 */if (major) { /* 定义了主设备号 */devid = MKDEV(major, minor); /* 大部分驱动次设备号都选择 0 minor可以直接给0 */register_chrdev_region(devid, 1, "test");} else { /* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */}

4.自动创建设备

4.1.自动创建设备介绍

在 Linux 下通过 udev 来实现设备文件的创建与删除， udev 可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用 modprobe 命令成功加载驱动模块以后就自动在 /dev 目录下创建对应的设备节点文件 , 使用 rmmod 命令卸载驱动模块以后就删除掉 /dev 目录下的设备节点文件。使用 busybox 构建根文件系统的时候，busybox 会创建一个 udev 的简化版本— mdev。

4.2.创建和删除类

4.2.1.创建类

struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)

参数：

owner 一般为 THIS_MODULE ，

name 是类名字

返回值：创建的类对象

使用说明：

自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在 cdev_add 函数后面添

加自动创建设备节点相关代码。cdev_add 函数在后面有介绍。

4.2.1.删除类

void class_destroy(struct class *cls);

cls 就是要删除的类对象

4.3.创建和删除设备

4.3.1.创建设备

struct device *device_create(

struct class *class,

struct device *parent,

dev_t devt,

void *drvdata,

const char *fmt, ...)

device_create 是个可变参数函数

参数 class 就是设备要创建哪个类下面；

参数 parent 是父设备，一般为 NULL ，也就是没有父设备；

参数 devt 是设备号；

参数 drvdata 是设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL ；

参数 fmt 是设备名字，如果设置 fmt=xxx 的话，就会生成 /dev/xxx 这个设备文件。

返回值就是创建好的设备。

4.3.2.删除设备

void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)

参数 class 是要删除的设备所处的类

参数 devt 是要删除的设备号

5.新型字符设备接口

5.1.字符设备结构

在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备， cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中

的定义如下：

 struct cdev {struct kobject kobj;struct module *owner;const struct file_operations *ops;struct list_head list;dev_t dev;unsigned int count;};

在 cdev 中有两个重要的成员变量： ops 和 dev ，这两个就是字符设备文件操作函数集合

file_operations 以及设备号 dev_t 。

5.2.cdev_init 函数

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

参数：

cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量，

fops 就是字符设备文件操作函数集合

作用：初始化设备，绑定字符设备的操作函数。

问题Q1：不调这个函数，直接将 fops 对象给 cdev对象赋值会怎么样？

5.3.cdev_add 函数

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

参数：

p 指向要添加的字符设备 (cdev 结构体变量 ) ，

dev 就是设备所使用的设备号，

count 是要添加的设备数量

作用：cdev_add 函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)

5.4.cdev_del 函数

void cdev_del(struct cdev *p)

参数：

p 指向要添加的字符设备 (cdev 结构体变量 ) ，

作用：cdev_del 函数从 Linux 内核中删除相应的字符设备

6.测试例子

6.1.驱动代码

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define newchr_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define newchr_NAME			"newchr"	/* 名newchr *//* newchr设备结构体 */
struct newchr_dev{dev_t devid;			/* 设备号 	 */struct cdev cdev;		/* cdev 	*/struct class *class;		/* 类 		*/struct device *device;	/* 设备 	 */int major;				/* 主设备号	  */int minor;				/* 次设备号   */
};struct newchr_dev newchr;	/* newchr设备 *//** @description		: 打开设备* @param - inode 	: 传递给驱动的inode* @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int newchr_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{filp->private_data = &newchr; /* 设置私有数据 */return 0;
}/** @description		: 从设备读取数据 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区* @param - cnt 	: 要读取的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败*/
static ssize_t newchr_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{printk("newchr_read \r\n");return 0;
}/** @description		: 向设备写数据 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf 	: 要写给设备写入的数据* @param - cnt 	: 要写入的数据长度* @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移* @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/
static ssize_t newchr_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char newchrstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write fainewchr!\r\n");return -EFAULT;}newchrstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */printk("newchr_write, %x\r\n", newchrstat);return 0;
}/** @description		: 关闭/释放设备* @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int newchr_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk("newchr_release \r\n");return 0;
}/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchr_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = newchr_open,.read = newchr_read,.write = newchr_write,.release = 	newchr_release,
};/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static int __init newchr_init(void)
{/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (newchr.major) {		/*  定义了设备号 */newchr.devid = MKDEV(newchr.major, 0);register_chrdev_region(newchr.devid, newchr_CNT, newchr_NAME);} else {						/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&newchr.devid, 0, newchr_CNT, newchr_NAME);	/* 申请设备号 */newchr.major = MAJOR(newchr.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */newchr.minor = MINOR(newchr.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */}printk("newchenewchr major=%d,minor=%d\r\n",newchr.major, newchr.minor);	/* 2、初始化cdev */newchr.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&newchr.cdev, &newchr_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&newchr.cdev, newchr.devid, newchr_CNT);/* 4、创建类 */newchr.class = class_create(THIS_MODULE, newchr_NAME);if (IS_ERR(newchr.class)) {return PTR_ERR(newchr.class);}/* 5、创建设备 */newchr.device = device_create(newchr.class, NULL, newchr.devid, NULL, newchr_NAME);if (IS_ERR(newchr.device)) {return PTR_ERR(newchr.device);}return 0;
}/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit newchr_exit(void)
{/* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&newchr.cdev);/*  删除cdev */unregister_chrdev_region(newchr.devid, newchr_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(newchr.class, newchr.devid);class_destroy(newchr.class);
}module_init(newchr_init);
module_exit(newchr_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("seven");

6.2.应用层测试代码

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"/** @description		: main主程序* @param - argc 	: argv数组元素个数* @param - argv 	: 具体参数* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, retvalue;char *filename;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打开驱动的文件 */fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 *//* 向drvier写入数据 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("drvier Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0;
}