聊聊linux字符设备注册

Linux中有两种字符设备注册的方法：

这里所提到的函数在文件：fs/char_dev.c中定义，在头文件include/linux/cdev.h中声明。

一、老方法：

如果你深入浏览 2.6 内核的大量驱动代码, 你可能注意到有许多字符驱动使用这种方法. 你见到的是还没有更新到 2.6 内核接口的老代码. 因为那个代码实际上能用, 这个更新可能很长时间不会发生. 不知道在我的有生之年它会不会消失.（其实我才20多岁，这样说是不是有点老哦）

注册一个字符设备的经典方法是使用:

      int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);
  r; n0 a( h  K3 [7 K  U这里, major 是感兴趣的主编号, name 是驱动的名子(出现在 /proc/devices), fops 是缺省的 file_operations 结构. 一个对 register_chrdev 的调用为给定的主编号注册 0 - 255 的次编号, 并且为每一个建立一个缺省的 cdev 结构. 使用这个接口的驱动必须准备好处理对所有 256 个次编号的 open 调用( 不管它们是否对应真实设备 ), 它们不能使用大于 255 的主或次编号.

如果你使用 register_chrdev, 从系统中去除你的设备的正确的函数是:

int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);
1 ?/ C8 ]0 [7 U/ Imajor 和 name 必须和传递给 register_chrdev 的相同, 否则调用会失败.

二、新方法

第一步、

内核在内部使用类型 struct cdev 的结构来代表字符设备. 在内核调用你的设备操作前, 你编写分配并注册一个或几个这些结构.新方法就是利用我们这里的 cdev 接口。定义在 linux/cdev.h。

struct cdev {
  n: a/ J6 x3 W1 U8 d7 w. f$ \, L        struct kobject kobj;* t' A+ B# f. J& Q& L
        struct module *owner;   //所属模块
" w: {! ^2 S' L- B  m3 W, x        const struct file_operations *ops;   
8 F& c: V4 |% ]                //文件操作结构，在写驱动时，其结构体内的大部分函数要被实现
: I2 M  i' j; W/ [5 C        struct list_head list;
( j+ h0 E3 ?& F6 t8 H        dev_t dev;          //设备号，int 类型，高12位为主设备号，低20位为次设备号
$ L" Q. a, _% g4 C/ E* @- [# c        unsigned int count;& [5 }' s, z2 \6 C3 u6 W
};

$ u+ X- f! Y+ D

可以使用如下宏调用来获得主、次设备号:

MAJOR(dev_t dev)0 ^: f# _% g1 F
MINOR(dev_t dev)

有 2 种方法来分配和初始化一个这些结构，呵呵，这里又是两种哦。

1、如果你想在运行时获得一个独立的 cdev 结构, 你可以为此使用这样的代码:

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();% Y% t# \& m( n& C
my_cdev->ops = &my_fops;
" I% F& w0 _, ~! \cdev_alloc源码如下

504 /**

505  * cdev_alloc() - allocate a cdev structure

506  *

507  * Allocates and returns a cdev structure, or NULL on failure.

508  */

509 struct cdev *cdev_alloc(void)

510 {

511     struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);

512     if (p) {

513         p->kobj.ktype = &ktype_cdev_dynamic;

514         INIT_LIST_HEAD(&p->list);

515         kobject_init(&p->kobj);

516     }

517     return p;

518 }

从函数名称和第511行的代码可以看出：这个函数动态申请结构体struct cdev，并对其进行初始化，最后将其指针返回。下面结合cdev_init进行进一步说明。

2、但是, 偶尔你会想将 cdev 结构嵌入一个你自己的设备特定的结构; 在这种情况下, 你应当初始化你已经分配的结构, 使用:

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
; ^  V3 m" j6 Y! {1 r' Pcdev_init源码如下

520 /**

521  * cdev_init() - initialize a cdev structure

522  * @cdev: the structure to initialize

523  * @fops: the file_operations for this device

524  *

525  * Initializes @cdev, remembering @fops, making it ready to add to the

526  * system with cdev_add().

527  */

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

529 {

530     memset(cdev, 0, sizeof *cdev);

531     INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);

532     cdev->kobj.ktype = &ktype_cdev_default;

533     kobject_init(&cdev->kobj);

534     cdev->ops = fops;

535 }

cdev_alloc和cdev_init的主要区别是：前者动态申请结构体struct cdev并对其进行初始化，后者将通过参数传进来的结构体struct cdev进行初始化。

另一个主要区别是：cdev_alloc函数中没有对struct cdev的ops域进行初始化，需要在cdev_alloc函数调用之后有专门的代码对struct cdev的ops域进行初始化，而cdev_init函数中使用通过参数传进来的struct file_operations结构体指针对struct cdev的ops域进行初始化，所以在函数cdev_init调用之后不需要再对struct cdev的ops域进行初始化。在这之前你就应该做好。这两个函数就是互斥关系哈。可知，任一方法, 你都得对 struct cdev 成员file_operations 结构初始化。

第二步、

函数cdev_alloc和cdev_init只是（申请）并初始化了（部分）结构体struct cdev，此时，struct cdev和内核还没有任何关系。

函数cdev_add就是将函数cdev_alloc和cdev_init初始化后的struct cdev结构体注册到内核中（第461行），自此内核就可以访问设备了。注册设备，通常发生在驱动模块的加载函数中。这里, dev 是 cdev 结构, dev 是这个设备响应的第一个设备号, count 是应当关联到设备的设备号的数目. 常常 count 是 1, 但是有多个设备号对应于一个特定的设备的情形.

cdev_add

447 /**

448  * cdev_add() - add a char device to the system

449  * @p: the cdev structure for the device

450  * @dev: the first device number for which this device is responsible

451  * @count: the number of consecutive minor numbers corresponding to this

452  *         device

453  *

454  * cdev_add() adds the device represented by @p to the system, making it

455  * live immediately.  A negative error code is returned on failure.

456  */

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

458 {

459     p->dev = dev;

460     p->count = count;

461     return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);

462 }

$ z$ m2 V$ m, ^4 _

在调用cdev_add()函数向系统注册字符设备之前应该先调用：int register_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char *name)函数为其分配设备号，此函数可用：int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char *name)函数代替，他们之间的区别在于：register_chrdev_region()用于已知起始设备号时，而MKDEV(int major,int minor) 可通过主次设备号来生成dev_t即设备号。% {( a0 R! P; w
另一个用于设备号未知，动态申请，其优点在于不会造成设备号重复的冲突。在注销之后，应调用：void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)函数释放原先申请的设备号。
  [1 J; ?+ A5 l9 h他们之间的顺序关系如下：) ?/ a+ u* S* @' L  i& k$ N
register_chrdev_region()－－>cdev_add()     //此过程在加载模块中
& ]! v# y, S/ F( ]4 acdev_del()-->unregister_chrdev_region()     //此过程在卸载模块中

cdev_del

本函数和函数cdev_add功能相反，从内核中删除设备。通常发生在驱动模块的卸载函数中

: ^6 r- [2 v* N+ I! d) r8 R% j0 s

  Z& k. z6 G7 \/ K) x  W

7 p; h5 d  `; x- ?+ h% Q: z5 u