1、字符设备驱动内部实现原理解析

原理：用户层调用 open() 函数打开设备文件，用ls-i查看inode号并找到与之对应的struct inode 结构体。在struct inode 结构体中，可以找到与文件关联的 struct cdev 设备驱动结构体。设备驱动结构体中包含了文件操作方法结构体的指针。根据文件打开的模式，比如读取模式、写入模式等，内核会回调操作方法结构体中相应的函数，例如 open() 函数。在设备驱动的 open() 函数中，可以进行对硬件设备寄存器的操作，以及初始化设备所需的其他操作。

open函数回调到驱动中open操作方法的路线：

open()->sys_open()->struct inode结构体->struct cdev结构体->struct file_operations结构体->mycdev_open

2、分步注册流程

（1）为字符设备驱动对象申请空间

struct cdev cdev;//直接分配一个变量空间
struct cdev *cdev=cdev_alloc();
struct cdev *cdev_alloc(void);//手动申请字符设备驱动对象空间
返回值：成功返回申请空间首地址，失败返回NULL

（2）字符设备驱动对象的初始化

 1、void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);功能：实现字符设备驱动对象的部分初始化参数：cdev:字符设备驱动对象指针fops:操作方法结构体指针返回值：无2、 申请设备号int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)功能：   静态指定设备号参数：from:要申请的设备号count:要申请的设备资源的数量name:驱动名字返回值：成功返回0，失败返回 错误码int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)功能：动态申请一定范围内的设备号参数：dev：申请的设备号填充在这个变量中baseminor:次设备号的起始值        count:要申请的设备资源的数量name:驱动名字返回值：成功返回0，失败返回 错误码

（3）将字符设备驱动对象注册进内核

int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count);
参数：cdev:字符设备驱动对象指针dev:申请的设备号的起始值count：设备数量返回值：成功返回0，失败返回错误码

（4）字符设备注销流程

void cdev_del(struct cdev *);
功能：字符设备驱动对象的注销
参数：字符设备驱动对象指针
返回值：无
//释放申请的设备号
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
功能：释放申请的设备号
参数：from:要释放的设备号count:设备的数量
返回值:无void kfree(void *p)//释放对象空间
参数：p:对象空间首地址

3、代码示例

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/io.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/slab.h>
#include"led.h"
struct cdev *cdev;
unsigned int major=500;
unsigned int minor=0;
dev_t devno;
struct class *cls;
struct device * dev;
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);return 0;
}long mycdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);return 0;
}
//定义操作方法结构体变量并赋值
struct file_operations fops={.open=mycdev_open,.unlocked_ioctl=mycdev_ioctl,.release=mycdev_close,
};static int __init mycdev_init(void)
{int ret,i;//1.分配对象空间cdev=cdev_alloc();if(cdev==NULL){printk("分配字符设备驱动对象失败\n");ret=-EFAULT;goto OUT1;}printk("分配对象空间成功\n");//2.初始化对象cdev_init(cdev,&fops);//3.申请设备号if(major>0)//静态指定设备号{ret= register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3,"myled");if(ret){printk("静态指定设备号失败\n");goto OUT2;}}else if(major==0)//动态申请设备号{ret=alloc_chrdev_region(&devno,minor,3,"myled");if(ret){printk("动态申请设备号失败\n");goto OUT2;}//获取主设备号和次设备号major=MAJOR(devno);minor=MINOR(devno);}printk("申请设备号成功\n");//4.注册字符设备驱动对象ret=cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),3);if(ret){printk("注册字符设备驱动对象失败\n");goto OUT3;}printk("注册字符设备驱动对象成功\n");//向上提交目录cls=class_create(THIS_MODULE,"myled");if(IS_ERR(cls)){printk("向上提交目录失败\n");ret=-PTR_ERR(cls);goto OUT4;}printk("向上提交目录成功\n");//向上提交设备节点信息for(i=0;i<3;i++){dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"myled%d",i);if(IS_ERR(dev)){ret=-PTR_ERR(dev);goto OUT5;}}printk("向上提交设备节点成功\n");//完成硬件寄存器地址的映射以及初始化return 0;
OUT5://释放已经申请的设备节点信息for(--i;i>=0;i--){device_destroy(cls,MKDEV(major,i));}//释放目录空间class_destroy(cls);
OUT4://注销字符设备驱动对象cdev_del(cdev);
OUT3://释放设备号unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);
OUT2:
//释放对象空间kfree(cdev);
OUT1:return ret;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{//销毁设备节点int i;for(i=0;i<3;i++){device_destroy(cls,MKDEV(major,i));}//释放目录空间class_destroy(cls);//1.注销字符设备驱动对象cdev_del(cdev);//2.释放设备号unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),3);//3.释放对象空间kfree(cdev);
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

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