字符設(shè)備驅(qū)動模型淺析
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在linux系統(tǒng)中，很多驅(qū)動是字符型驅(qū)動，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”動態(tài)加載的。其實(shí)字符驅(qū)動只是個(gè)外殼，用于內(nèi)核與應(yīng)用程序間通信，無非是調(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)動能會調(diào)用其他驅(qū)動模塊，如i2c、spi和v4l2等，于是字符驅(qū)動還可分WDT驅(qū)動、RTC驅(qū)動和MTD驅(qū)動等。所以在分析其他驅(qū)動模塊之前有必要好好分析下字符設(shè)備驅(qū)動模型。本篇文章要講的就是字符設(shè)備驅(qū)動模型，也就是字符設(shè)備驅(qū)動是怎么注冊和注銷的，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)動的注冊和注銷
對于寫過linux-2.6內(nèi)核（本文采用linux-2.6.18內(nèi)核）字符驅(qū)動的程序員來說，對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)動注冊流程一個(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)備號鏈成一個(gè)單向鏈表*/
struct char_device_struct *next；
unsigned int major； /*主設(shè)備號*/
unsigned int baseminor； /*次設(shè)備起始號*/
int minorct； /*次設(shè)備號范圍*/
char name[64]； /*驅(qū)動的名字*/
struct file_operations *fops； /*保存文件操作指針，目前沒有使用*/
struct cdev *cdev； /* will die */ /*目前沒有使用*/
} *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字符設(shè)備驅(qū)動，保存已經(jīng)注冊字符驅(qū)動的一些信息，如主次設(shè)備號，次設(shè)備號的數(shù)量，驅(qū)動的名字等，便于字符設(shè)備驅(qū)動注冊時(shí)索引查找。
alloc_chrdev_region（）函數(shù)很簡單，通過調(diào)用__register_chrdev_region（）來實(shí)現(xiàn)，通過英語注釋你也可以明白，這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)作用，一是，如果主設(shè)備號為0，則分配一個(gè)最近的主設(shè)備號，返回給調(diào)用者；二是，如果主設(shè)備號不為0，則占用好該主設(shè)備號對應(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*/
/* temporary */
if （major == 0） { /*如果主設(shè)備號為零，則找一個(gè)最近空閑的號碼分配*/
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)備號不為0，則占用好該主設(shè)備號對應(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（ /*開鎖，隊(duì)列里的下一個(gè)人可以進(jìn)來了*/
return cd；
out：
mutex_unlock（
kfree（cd）；
return ERR_PTR（ret）；
}
復(fù)制代碼接著是cdev_init（）函數(shù)，先說說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)，會將其inode加到該鏈表中，方便判別是否空閑*/
dev_t dev； /*設(shè)備號*/
unsigned int count；
}；
復(fù)制代碼cdev結(jié)構(gòu)體把字符設(shè)備驅(qū)動和文件系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，后面解析字符設(shè)備驅(qū)動怎樣運(yùn)行的時(shí)候會詳談。
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)動時(shí)會用到，別急，后面詳講*/
kobject_init（
cdev->ops = fops； /*用戶寫的字符設(shè)備驅(qū)動fops就保存在這了*/
}.
復(fù)制代碼你也看到了，該函數(shù)就是對變量做了初始化，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，
}；
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