本文詳細介紹字符設備驅動，使用linux-4.8.2版本代碼。

1.綜述：從註冊到open、read/write

1. 申請設備號；
2. 註冊cdev到cdev_map：cdev_init和cdev_add；
3. 創建設備節點：mknod（手動）或者udev（自動，借助熱插拔和sysfs，推薦）；
4. 用戶空間通過路徑open到內核空間對應的設備節點，內核空間中（VFS、filp和cdev_map）：chrdev_open根據設備節點中的設備號（此時該節點的cdev還是NULL），找到cdev實例，並賦值到設備節點的成員cdev變量上，最後把cdev的ops賦值到filp->f_op，並調用filp->f_op->open函數；
5. 用戶空間通過fd，read到內核空間，sys_read調用vfs_read最終調用 file->f_op->read;

　　備註：

• • • 由3創建出來的設備節點是不完全初始化的設備節點，至少包含設備號，不包含cdev實例；
    • 在5處，根據fd而不是文件路徑，找到struct file而不是struct inode去獲取open已經掛接好的cdev的read；

2.sys_open代碼

　　[todo]

3.chrdev_open代碼

 1 static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 
 2 {
 3     const struct file_operations *fops;
 4     struct cdev *p;
 5     struct cdev *new = NULL;
 6     int ret = 0;
 7 
 8     spin_lock(&cdev_lock);
 9     p = inode->i_cdev;
10     if (!p) {//第一次打開時進入
11         struct kobject *kobj;
12         int idx;
13         spin_unlock(&cdev_lock);
 
14         kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, &idx);//在cdev_map中找到kobj
15         if (!kobj)
16             return -ENXIO;
17         new = container_of(kobj, struct cdev, kobj);//找到cdev
18         spin_lock(&cdev_lock);
19         /* Check i_cdev again in case somebody beat us to it while
20            we dropped the lock. */
21         p = inode->i_cdev;
22         if (!p) {
23             inode->i_cdev = p = new;
24             list_add(&inode->i_devices, &p->list);
25             new = NULL;
26         } else if (!cdev_get(p))
27             ret = -ENXIO;
28     } else if (!cdev_get(p))
29         ret = -ENXIO;
30     spin_unlock(&cdev_lock);
31     cdev_put(new);
32     if (ret)
33         return ret;
34 
35     ret = -ENXIO;
36     fops = fops_get(p->ops);
37     if (!fops)
38         goto out_cdev_put;
39 
40     replace_fops(filp, fops);//綁定驅動的fops到filp上
41     if (filp->f_op->open) {
42         ret = filp->f_op->open(inode, filp);//調用驅動的open
43         if (ret)
44             goto out_cdev_put;
45     }
46 
47     return 0;
48 
49  out_cdev_put:
50     cdev_put(p);
51     return ret;
52 }

4.sys_read代碼

5.vfs_read代碼

　　[todo]

6.cdev_add調用kobj_map

字符設備結構體cdev的添加步驟：
cdev初始化：cdev_init，該函數將file_operations與cdev對應起來；
向kernel添加：cdev_add，該函數將主設備號與cdev結構體對應起來，由此主設備號對應驅動程序；（設備節點對應的是文件兩碼事，ALSA字符設備）
當對open設備節點時，首先通過節點找到主設備號，然後再kernel中搜索與主設備號相對應的字符設備cdev，然後動過cdev中file_operations結構體定義的open方法（這個open是需要自己實現的）；

 1 int kobj_map(struct kobj_map *domain, dev_t dev, unsigned long range,
 2          struct module *module, kobj_probe_t *probe,
 3          int (*lock)(dev_t, void *), void *data)
 4 {
 5     unsigned n = MAJOR(dev + range - 1) - MAJOR(dev) + 1;
 6     unsigned index = MAJOR(dev);//取得主設備號
 7     unsigned i;
 8     struct probe *p;
 9 
10     if (n > 255)
11         n = 255;
12 
13     p = kmalloc_array(n, sizeof(struct probe), GFP_KERNEL);
14     if (p == NULL)
15         return -ENOMEM;
16 
17     for (i = 0; i < n; i++, p++) {
18         p->owner = module;
19         p->get = probe;
20         p->lock = lock;
21         p->dev = dev;
22         p->range = range;
23         p->data = data;
24     }
25     mutex_lock(domain->lock);
26     for (i = 0, p -= n; i < n; i++, p++, index++) {
27         struct probe **s = &domain->probes[index % 255];
28         while (*s && (*s)->range < range)
29             s = &(*s)->next;
30         p->next = *s;
31         *s = p;
32     }
33     mutex_unlock(domain->lock);
34     return 0;
35 }

參考：

　　1.Multiconflictism的《Linux設備管理（二）_從cdev_add說起》，http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6196198.html

　　2.cuijiyue的《主設備號--驅動模塊與設備節點聯系的紐帶》http://blog.csdn.net/cuijiyue/article/details/42066425

2017-06-08

Linux字符設備驅動