1. 裝置號

    主裝置號：用來標識與裝置檔案相關的驅動程式，        ——反應裝置型別     次裝置號：為核心所用，被驅動程式用來辨別操作那個裝置檔案    ——區分同類型的具體某個裝置 1.1 裝置號的內部表達     在核心中，儲存裝置號（包括主裝置號和此裝置好）使用型別     dev_t   （<linux/types.h>)      這是一個unsigned int  是一個32位的無符號整型。。     主裝置號——高12位     此裝置號——低12位     我們可以使用巨集來取一個裝置號（dev）的主裝置號和此裝置號          定義在 <linux/kdev_t.h>       MAJOR(dev_t dev)        取主裝置號       MINOR(dev_t dev)         取次裝置號     也可以將主次裝置號合成一個完整的dev_t型別的裝置號     MKDEV(int major, int minor)       將主次裝置號轉換成dev_t  1.2 分配主次裝置號     linux可以採用靜態申請和動態申請兩種方法來分配主次裝置號     靜態申請       1. 根據Documentation/devices.txt, 確定一個沒有使用的主裝置號       2. 使用register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name)        定義在<linux/fs.h>             count 為所請求的連續裝置編號個數， 如果count過大，可以會各下一個主裝置號重疊。           name 為裝置名， 註冊後 出現在/proc/devices和sysfs中     動態分配     作為一個新的驅動程式，應該使用動態分配機制獲取主裝置號     alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int first, unsigned int count, char *name)     不管用何種方法分配， 不用時都要釋放掉      void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);     靜態申請與動態申請的優缺點：     靜態申請——簡單（優）；  一旦驅動程式被廣泛命使用， 隨機選定的主裝置號可以造成衝突，使驅動程式無法註冊。（劣）     動態申請——簡單，易於驅動推廣（優）；無法在驅動安裝前建立裝置檔案， 因為不能保證分配的主裝置號始終一致。（劣）

2 建立裝置檔案

    裝置檔案的建立有          1. 使用mknod命令手工建立      2. 自動建立     兩種方法。

    2.1 mknod手工建立

     mknod  用法：     mknod  filename type  major  minor         filename :  裝置檔名         type        :  裝置檔案型別         major      :   主裝置號         minor      :   次裝置號

2.2 自動建立

    如果我們在驅動裡面動態建立的話需要這樣做

    struct class *cdev_class; 
    cdev_class = class_create(owner,name)
    device_create(_cls,_parent,_devt,_device,_fmt)
 

2.3 模組退出時要銷燬裝置檔案

    

    device_destroy(_cls,_device)
    class_destroy(struct class * cls)
 

3. 一些重要的結構體

             大部分的基礎性的驅動操作包括 3 個重要的核心資料結構, 稱為 file_operations, file, 和 inode.

•   檔案結構 struct file

             定義於<linux/fs.h>,   是一個核心結構， 不會出現在使用者空間

   代表一個開啟的檔案。系統中每個找開的檔案在核心空間一個關聯的    struct file, 它由核心在開啟檔案時建立， 在檔案關閉後釋放 重要成員

loff_t  f_ops     /* 檔案讀寫位置 */
struct file_operations  *f_op    /*  檔案關聯的操作 */
mode_t  f_mode        /* 模式確定檔案可讀或者可寫 */
unsigned int f_flags /* 檔案標誌，一般用來判斷是否請求非阻塞操  作， 標誌定義<linux/fcntl.h> */  
void *private_data; 
 

     open 系統呼叫設定這個指標為 NULL, 在為驅動呼叫 open 方法之前. 你可自由使用這個成員或者忽略它; 你可以使用這個成員來指向分配的資料, 但是接著你必須記住在核心銷燬檔案結構之前, 在 release 方法中釋放那個記憶體. private_data是一個有用的資源, 在系統呼叫間保留狀態資訊, 我們大部分例子模組都使用它.

• 檔案操作 struct file_operation

file_operation 結構是一個字元驅動如何建立這個連線. 這個結構, 定 義在 <linux/fs.h>, 是一個函式指標的集合. 每個開啟檔案(內部用一個 file 結構來代 表, 稍後我們會檢視)與它自身的函式集合相關連( 通過包含一個稱為 f_op 的成員, 它指 向一個 file_operations 結構). 這些操作大部分負責實現系統呼叫, 因此, 命名為 open, read, 等等. 我們可以認為檔案是一個"物件"並且其上的函式操作稱為它的"方法", 使用 面向物件程式設計的術語來表示一個物件宣告的用來操作物件的動作. 下面是一個file_operationd的宣告：

        struct file_operations my_fops = {
        .owner =  THIS_MODULE, 
        .llseek =  my_llseek, 
        .read =  my_read, 
        .write =  my_write, 
        .ioctl =  my_ioctl, 
         .open =  my_open, 
         .release =  my_release,  
     };  

該宣告使用標準的 C 標記式結構初始化語法. 這個語法是首選的, 因為它使驅動在結構定義的改變之間更加可移植  。 下面列出file_operationd部分成員的含義：（其他成員自行百度）  struct module *owner       第一個 file_operations 成員根本不是一個操作; 它是一個指向擁有這個結構的模組的指標. 這個成員用來在它的操作還在被使用時阻止模組被解除安裝. 幾乎所有時間中, 它被簡單初始化為 THIS_MODULE, 一個在 <linux/module.h> 中定義的巨集. loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);  llseek 方法用作改變檔案中的當前讀/寫位置, 並且新位置作為(正的)返回值. loff_t 引數是一個"long offset", 並且就算在 32 位平臺上也至少 64 位寬. 錯誤由一個負返回值指示. 如果這個函式指標是 NULL, seek 呼叫會以潛在地無法預知的方式修改 file 結構中的位置計數器( 在"file 結構" 一節中描述).   ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);       用來從裝置中獲取資料. 在這個位置的一個空指標導致 read 系統呼叫以 -     EINVAL("Invalid argument") 失敗. 一個非負返回值代表了成功讀取的位元組數( 返回值是一個 "signed size" 型別, 常常是目標平臺本地的整數型別). ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);      傳送資料給裝置. 如果 NULL, -EINVAL 返回給呼叫 write 系統呼叫的程式. 如果非負, 返回值代表成功寫的位元組數.

           int (*open) (struct inode *, struct file *); 

      儘管這常常是對裝置檔案進行的第一個操作, 不要求驅動宣告一個對應的方法. 如果這個項是 NULL, 裝置開啟一直成功, 但是你的驅動不會得到通知 int (*release) (struct inode *, struct file *);       在檔案結構被釋放時引用這個操作. 相當於close

• struct inode

        由核心在內部用來表示檔案。因些，它和代表開啟檔案的file結構是不同的。一個檔案可以對應多個file結構， 但只有一個inode結構

重要成員 dev_t   i_rdev:  / * 對於代表裝置檔案的節點, 這個成員包含實際的裝置編號 */    

struct cdev *i_cdev;  /* struct cdev 是核心的內部結構, 代表字元裝置; 這個成員包含一個指標, 指向這個結構, 當節點指的是一個字元裝置檔案時.*/

4. 字元裝置的註冊

        Linux2.6核心中，字元裝置使用struct  cdev來描述字元裝置驅動的註冊。         字元裝置驅動的註冊主要有三個步驟         （1） 分配cdev         （2）初始化cdev         （3）新增cdev 分配     struct cdev *my_cdev = cdev_alloc(); 初始化     void cdev_init(struct  cdev *cdev,  const struct file_operations *fops);     cdev:  待初始化的cdev結構     fops:  裝置對應的操作函式集 註冊， 告訴核心     int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);     dev: 新增到核心的字元裝置結構     num: 裝置響應的第一個裝置號     count: 關聯到裝置的裝置號數目，通常為1 去除字元裝置     void cdev_del(struct cdev *dev); 使用 cdev_add 是有幾個重要事情要記住     1.第一個是這個呼叫可能失敗. 如果它返回一個負的錯誤碼, 你的裝置沒有增加到系統中.     2. cdev_add 一返回成功, 你的裝置就是"活的"並且核心可以呼叫它的操作.         所以除非你的驅動完全準備好處理裝置上的操作, 你不應當呼叫 cdev_add.

5 註冊字元裝置的一個例子

1. 還是線上原始碼：

//memdev.h
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_
 
#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 200
#endif
 
#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2
#endif
 
#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif
 
struct mem_dev{
    char* data;
    unsigned long size;
 
};
 
#endif

//memdev.c  
# include < linux / module.h >
# include < linux / types.h >
# include < linux / fs.h >
# include < linux / errno.h >
# include < linux / mm.h >
# include < linux / sched.h >
# include < linux / init.h >
# include < linux / cdev.h >
# include < asm / io.h >
# include < asm / system.h >
# include < asm / uaccess.h >
# include < linux / wait.h >
# include < linux / completion.h >
 
# include "memdev.h"
 
MODULE_LICENSE( "Dual BSD/GPL" );
 
static int   mem_major = MEMDEV_MAJOR;
 
struct mem_dev * mem_devp; /*裝置結構體指標*/
 
struct cdev cdev;
 
/*檔案開啟函式*/
int mem_open( struct inode * inode, struct file * filp)
{
printk( "open own file\n" );
     return 0 ;
}
 
/*檔案操作結構體*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .open = mem_open,
};
 
/*裝置驅動模組載入函式*/
static int memdev_init( void )
{
   int result;
   int i;
 
  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0 );
 
   /* 靜態申請裝置號*/
    result = register_chrdev_region(devno, 2 , "memdev" );
   if (result < 0 )
     return result;
 
   /*初始化cdev結構*/
  cdev_init( & cdev, & mem_fops);
 
   /* 註冊字元裝置 */
  cdev_add( & cdev, MKDEV(mem_major, 0 ), MEMDEV_NR_DEVS);
 
   return result;
}
 
/*模組解除安裝函式*/
static void memdev_exit( void )
{
  cdev_del( & cdev);    /*登出裝置*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0 ), 2 ); /*釋放裝置號*/
}
 
module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);
 
#Makefile
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
    obj-m := memdev.o
else
    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
    PWD = $(shell pwd)
default:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
    rm memdev.mod*  module* memdev.o memdev.ko Module.*
endif
 
 
2. 測試
    首先先make下，生成memdev.ko
    然後insmod memdev.ko生成memdev模組
    建立裝置節點：sudo mknod /dev/memdev_t c 200 0
    接下開使用裝置檔案
    下面是一個測試程式

  // memusr.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
    FILE *fp0;
    /*開啟裝置檔案*/
    fp0 = fopen("/dev/memdev_t","r+");
    if (fp0 == NULL) {
        printf("Open Memdev0 Error!\n");
        return -1;
    }
}

編譯執行，然後使用dmesg可以看到日誌檔案裡輸出

[38439.741816] Hello World!
[38657.654345] Goodbye
[40393.039520] open own file

記得要使用sudo 執行memusr   否則會顯示裝置開啟失敗。