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Linux驅(qū)動實(shí)踐：你知道【字符設(shè)備驅(qū)動程序】的兩種寫法嗎？

時間：2021-11-16 13:51:38
關(guān)鍵字： 驅(qū)動程序    字符設(shè)備驅(qū)動   
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[導(dǎo)讀]作?者：道哥，10年嵌入式開發(fā)老兵，專注于：C/C、嵌入式、Linux。關(guān)注下方公眾號，回復(fù)【書籍】，獲取Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍；回復(fù)【PDF】，獲取所有原創(chuàng)文章(PDF格式)。目錄混亂的API函數(shù)舊的API函數(shù)新的API函數(shù)代碼實(shí)操創(chuàng)建驅(qū)動程序源文件創(chuàng)建Makefile...

作  者：道哥，10 年嵌入式開發(fā)老兵，專注于：C/C 、嵌入式、Linux。


關(guān)注下方公眾號，回復(fù)【書籍】，獲取 Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍；回復(fù)【PDF】，獲取所有原創(chuàng)文章( PDF 格式)。


目錄


  • 混亂的 API 函數(shù)


  • 舊的 API 函數(shù)


  • 新的 API 函數(shù)


  • 代碼實(shí)操


    • 創(chuàng)建驅(qū)動程序源文件


    • 創(chuàng)建 Makefile 文件


    • 編譯、加載驅(qū)動模塊


  • 應(yīng)用程序


    • 打開、讀取、寫入設(shè)備


    • 卸載驅(qū)動模塊


    • 小結(jié)


  • 自動在 /dev 目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)


  • 代碼下載


別人的經(jīng)驗(yàn)，我們的階梯！


大家好，我是道哥，今天我為大伙兒解說的技術(shù)知識點(diǎn)是：【字符設(shè)備的驅(qū)動程序】。


在上一篇文章中，討論的是Linux系統(tǒng)中，驅(qū)動模塊的兩種編譯方式。


我們就繼續(xù)以此為基礎(chǔ)，用保姆級的粒度一步一步操作，來討論一下字符設(shè)備驅(qū)動程序的編寫方法。


  1. 這篇文章的實(shí)際操作部分，使用的是的 API 函數(shù);


  2. 下一篇文章，再來演示新的 API 函數(shù);


混亂的 API 函數(shù)

我在剛開始接觸Linux驅(qū)動的時候，非常的困擾：注冊一個字符設(shè)備，怎么有這么多的 API 函數(shù)?。?/span>


參考的每一篇文章中，使用的函數(shù)都不一樣，但是執(zhí)行結(jié)果都是符合預(yù)期的！


比如下面這幾個：


  1. register_chrdev(...);


  2. register_chrdev_regin(...);


  3. cdev_add(...);


它們的功能都是向系統(tǒng)注冊字符設(shè)備，但是只從函數(shù)名上看，初學(xué)者誰能分得清它們的區(qū)別？！


這也難怪，Linux系統(tǒng)經(jīng)過這么多年的發(fā)展，代碼更新是很正常的事情。


但是，我們參考的文章就沒法做到：很詳細(xì)的把文章中所描述內(nèi)容的背景介紹清楚，往往都是文章作者在自己的實(shí)際工作環(huán)境中，測試某種方法解決了自己的問題，于是就記錄成文。


不同的文章、不同的工作上下文、不同的API函數(shù)調(diào)用，這往往就苦了我們初學(xué)者，特別是我這種有選擇障礙癥的人！


其實(shí)，上面這個幾個函數(shù)都是正確的，它們的功能都是類似的，它們是Linux系統(tǒng)中不同階段的產(chǎn)物。


舊的 API 函數(shù)

在Linux內(nèi)核代碼2.4版本和早期的2.6版本中，注冊、卸載字符設(shè)備驅(qū)動程序的經(jīng)典方式是：


注冊設(shè)備：


int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,struct file_operations *fops);
參數(shù)1 major：如果為0 - 由操作系統(tǒng)動態(tài)分配一個主設(shè)備號給這個設(shè)備；如果非0 - 驅(qū)動程序向系統(tǒng)申請，使用這個主設(shè)備號；


參數(shù)2 name：設(shè)備名稱；


參數(shù)3 fops：file_operations 類型的指針變量，用于操作設(shè)備；


如果是動態(tài)分配，那么這個函數(shù)的返回值就是：操作系統(tǒng)動態(tài)分配給這個設(shè)備的主設(shè)備號。


這個動態(tài)分配的設(shè)備號，我們要把它記住，因?yàn)樵谄渌腁PI函數(shù)中需要使用它。


卸載設(shè)備：


int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name)
參數(shù)1 major：設(shè)備的主設(shè)備號，也就是 register_chrdev() 函數(shù)的返回值(動態(tài))，或者驅(qū)動程序指定的設(shè)備號(靜態(tài)方式);


參數(shù)2 name：設(shè)備名稱；


新的 API 函數(shù)

注冊設(shè)備：


int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name);
上面這2個注冊設(shè)備的函數(shù)，其實(shí)對應(yīng)著舊的 API 函數(shù) register_chrdev：把參數(shù) 1 表示的動態(tài)分配、靜態(tài)分配，拆分成2個函數(shù)而已。


也就是說：


register_chrdev_region(): 靜態(tài)注冊設(shè)備;


alloc_chrdev_region(): 動態(tài)注冊設(shè)備;


這兩個函數(shù)的參數(shù)含義是：


register_chrdev_region參數(shù)：


參數(shù)1 from: 注冊指定的設(shè)備號，這是靜態(tài)指定的，例如：MKDEV(200, 0) 表示起始主設(shè)備號 200, 起始次設(shè)備號為 0;


參數(shù)2 count: 驅(qū)動程序指定連續(xù)注冊的次設(shè)備號的個數(shù)，例如：起始次設(shè)備號是 0，count 為 10，表示驅(qū)動程序?qū)褂?0 ~ 9 這 10 個次設(shè)備號;


參數(shù)3 name：設(shè)備名稱;


alloc_chrdev_region參數(shù)：


參數(shù)1 dev: 動態(tài)注冊就是系統(tǒng)來分配設(shè)備號，那么驅(qū)動程序就要提供一個指針變量來接收系統(tǒng)分配的結(jié)果(設(shè)備號);


參數(shù)2 baseminor: 驅(qū)動程序指定此設(shè)備號的起始值;


參數(shù)3 count: 驅(qū)動程序指定連續(xù)注冊的次設(shè)備號的個數(shù)，例如：起始次設(shè)備號是 0，count 為 10，表示驅(qū)動程序?qū)褂?0 ~ 9 這 10 個次設(shè)備號;


參數(shù)4 name：設(shè)備名稱;


補(bǔ)充一下關(guān)于設(shè)備號的內(nèi)容：


這里的結(jié)構(gòu)體dev_t，用來保存設(shè)備號，包括主設(shè)備號和次設(shè)備號。


它本質(zhì)上是一個32位的數(shù)，其中的12位用來表示主設(shè)備號，而其余20位用來表示次設(shè)備號。


系統(tǒng)中定義了3宏，來實(shí)現(xiàn)dev_t變量、主設(shè)備號、次設(shè)備號之間的轉(zhuǎn)換：


MAJOR(dev_t dev): 從  dev_t 類型中獲取主設(shè)備號;


MINOR(dev_t dev):  從 dev_t 類型中獲取次設(shè)備號;


MKDEV(int major,int minor): 把主設(shè)備號和次設(shè)備號轉(zhuǎn)換為 dev_t 類型;


卸載設(shè)備：


void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
參數(shù)1 from: 注銷的設(shè)備號;


參數(shù)2 count: 注銷的連續(xù)次設(shè)備號的個數(shù);


代碼實(shí)操

下面，我們就用舊的API函數(shù)，一步一步的描述字符設(shè)備驅(qū)動程序的：編寫、加載和卸載過程。


如何使用新的API函數(shù)來編寫字符設(shè)備驅(qū)動程序，下一篇文章再詳細(xì)討論。


以下所有操作的工作目錄，都是與上一篇文章相同的，即：~/tmp/linux-4.15/drivers/。


創(chuàng)建驅(qū)動目錄和驅(qū)動程序

$ cd linux-4.15/drivers/
$ mkdir my_driver1
$ cd my_driver1
$ touch driver1.c
driver1.c文件的內(nèi)容如下(不需要手敲，文末有代碼下載鏈接)：


#include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include

  • #include


  • static unsigned int major;

    int driver1_open(struct inode *inode, struct file *file)
    {
    printk("driver1_open is called. \n");
    return 0;
    }

    ssize_t driver1_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
    {
    printk("driver1_read is called. \n");
    return 0;
    }

    ssize_t driver1_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
    {
    printk("driver1_write is called. \n");
    return 0;
    }

    static const struct file_operations driver1_ops={
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = driver1_open,
    .read = driver1_read,
    .write = driver1_write,
    };

    static int __init driver1_init(void)
    {
    printk("driver1_init is called. \n");

    major = register_chrdev(0, "driver1",
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