字符設備驅動模型淺析

在linux系統中，很多驅動是字符型驅動，有些是直接編譯集成在內核中，另一些是單獨編譯成“。ko”動態加載的。其實字符驅動只是個外殼，用于內核與應用程序間通信，無非是調用open，release，read，write和ioctl等例程。所以根據應用不同，字符驅動能會調用其他驅動模塊，如i2c、spi和v4l2等，于是字符驅動還可分WDT驅動、RTC驅動和MTD驅動等。所以在分析其他驅動模塊之前有必要好好分析下字符設備驅動模型。本篇文章要講的就是字符設備驅動模型，也就是字符設備驅動是怎么注冊和注銷的，怎么生成設備節點的，怎么和應用程序關聯的，例程調用具體如何實現的等等。

一、字符設備驅動的注冊和注銷

對于寫過linux-2.6內核（本文采用linux-2.6.18內核）字符驅動的程序員來說，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； /*保存函數指針*/

for （i = 0； i probes[i] = base； /*所有指針都指向同一個base */

p->lock = lock；

return p；

}.

復制代碼該函數只是分配了一個結構體struct kobj_map，并做了初始化，保存了函數指針base_probe和全局鎖lock。

下面就按照驅動注冊流程一個個解析這些例程調用吧。首先是alloc_chrdev_region（）函數，解析它之前，先看看結構體（定義了255個結構體指針），static struct char_device_struct {

/*被255整除后相同的設備號鏈成一個單向鏈表*/

struct char_device_struct *next；

unsigned int major； /*主設備號*/

unsigned int baseminor； /*次設備起始號*/

int minorct； /*次設備號范圍*/

char name[64]； /*驅動的名字*/

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 */

復制代碼它的作用僅僅是用于注冊字符設備驅動，保存已經注冊字符驅動的一些信息，如主次設備號，次設備號的數量，驅動的名字等，便于字符設備驅動注冊時索引查找。

alloc_chrdev_region（）函數很簡單，通過調用__register_chrdev_region（）來實現，通過英語注釋你也可以明白，這個函數有兩個作用，一是，如果主設備號為0，則分配一個最近的主設備號，返回給調用者；二是，如果主設備號不為0，則占用好該主設備號對應的位置，返回給調用者。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，就允許你一個人進來*/

/* temporary */

if （major == 0） { /*如果主設備號為零，則找一個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）；

/*如果主設備號不為0，則占用好該主設備號對應的位置*/

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，隊列里的下一個人可以進來了*/

return cd；

out：

mutex_unlock（

kfree（cd）；

return ERR_PTR（ret）；

}

復制代碼接著是cdev_init（）函數，先說說cdev的結構體，struct cdev {

struct kobject kobj； /*不多解釋了，看看鄙人前面寫的文章吧*/

struct module *owner； /*模塊鎖定和加載時用得著*/

const struct file_operations *ops； /*保存文件操作例程結構體*/

struct list_head list； /* open時，會將其inode加到該鏈表中，方便判別是否空閑*/

dev_t dev； /*設備號*/

unsigned int count；

}；

復制代碼cdev結構體把字符設備驅動和文件系統相關聯，后面解析字符設備驅動怎樣運行的時候會詳談。

cdev_init（）函數如下，void cdev_init（struct cdev *cdev， const struct file_operations *fops）

{

memset（cdev， 0， sizeof *cdev）；

INIT_LIST_HEAD（

cdev->kobj.ktype = /*卸載驅動時會用到，別急，后面詳講*/

kobject_init（

cdev->ops = fops； /*用戶寫的字符設備驅動fops就保存在這了*/

}.

復制代碼你也看到了，該函數就是對變量做了初始化，關于kobject的解析，建議你看看鄙人博客上寫的《Linux設備模型淺析之設備篇》和《Linux設備模型淺析之驅動篇》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，

}；