說(shuō)明：博文的內(nèi)容主要參考好朋友Tekkaman Ninja同學(xué)博客http://blog.chinaunix.net/u1/34474/index.html上的文章。

    linux驅(qū)動(dòng)程序?qū)W習(xí)－字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（第三章）

一、主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)

   對(duì)字符設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)文件系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備名稱(chēng)進(jìn)行的。那些名稱(chēng)稱(chēng)為特殊文件、設(shè)備文件或者簡(jiǎn)單稱(chēng)之為文件系統(tǒng)樹(shù)的節(jié)點(diǎn)，它們通常位于/dev目錄下。

           主設(shè)備號(hào)：標(biāo)識(shí)設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序                次設(shè)備號(hào)：標(biāo)識(shí)確定設(shè)備文件所指的設(shè)備

   同一個(gè)主設(shè)備號(hào)下有不同的從設(shè)備號(hào)，對(duì)應(yīng)同一類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序下的不同具體設(shè)備，如：同屬于字符設(shè)備的有控制臺(tái)和串口終端等。

   注意理解：主設(shè)備號(hào)、次設(shè)備號(hào)、設(shè)備文件之間的關(guān)系！！

二、設(shè)備編號(hào)的內(nèi)部表達(dá)

  內(nèi)核用dev_t類(lèi)型（<linux/types.h>）來(lái)保存設(shè)備編號(hào)，dev_t是一個(gè)32位的數(shù)，12位表示主設(shè)備號(hào)，20為表示次設(shè)備號(hào)。在實(shí)際使用中，是通過(guò)<linux/kdev_t.h>中定義的宏來(lái)轉(zhuǎn)換格式。

  如果：想獲得主設(shè)備號(hào)或者次設(shè)備號(hào)，應(yīng)使用：MAJOR(dev_t dev)--獲得主設(shè)備號(hào)  MINOR（dev_t dev）--獲得次設(shè)備號(hào)

  如果：已知了主設(shè)備號(hào)與次設(shè)備號(hào)，想把他轉(zhuǎn)換成dev_t類(lèi)型，則使用MKDEV(int major,int minor)；

三、分配和釋放設(shè)備編號(hào)

  在建立一個(gè)字符設(shè)備之前，驅(qū)動(dòng)程序首先要做的事情是獲得一個(gè)或者多個(gè)設(shè)備編號(hào)。

  有2種情況：一種是在已經(jīng)知道設(shè)備編號(hào)的情況下，調(diào)用函數(shù)分配；一種是先前不知道驅(qū)動(dòng)所需的設(shè)備編號(hào)，調(diào)用函數(shù)去分配

第一種情況：調(diào)用函數(shù) int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count,
char *name);   //指定設(shè)備編號(hào)

第二種情況：調(diào)用函數(shù)  int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,
unsigned int count, char *name);   //動(dòng)態(tài)生成設(shè)備編號(hào)


釋放設(shè)備編號(hào)：void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);      //釋放設(shè)備編號(hào)

四、一些重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

  設(shè)備編號(hào)的注冊(cè)是驅(qū)動(dòng)程序代碼必須完成的許多工作中第一件事情而已，后面還有很多事情等著我們?nèi)プ瞿兀。〈蟛糠只�本的�?qū)動(dòng)程序操作涉及到三個(gè)重要的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別是file_operations、file、inode。下面詳細(xì)闡述:

struct file_operations fops 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口
struct file_operations {
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
};
上面結(jié)構(gòu)體內(nèi)的每個(gè)字段大部分是函數(shù)指針，這些函數(shù)指針指向驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)具體操作的函數(shù)。我們可以看到上面的指針?biāo)�指向函�?shù)的參數(shù)里面有一種結(jié)構(gòu)體很常見(jiàn)：struct file 還有struct inode。

下面來(lái)分析struct file:file結(jié)構(gòu)與用戶(hù)空間中的FILE沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，struct file是一個(gè)內(nèi)核結(jié)構(gòu)，他不會(huì)出現(xiàn)在用戶(hù)程序中。file結(jié)構(gòu)代表一個(gè)打開(kāi)的文件，是由內(nèi)核在open時(shí)創(chuàng)建的，并傳遞給在該文件上進(jìn)行操作的所有函數(shù)，直到最后的close函數(shù)，在文件的所有實(shí)例都被關(guān)閉之后，內(nèi)核會(huì)釋放掉這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有一個(gè)重要的字段：struct file_operations *f_op，內(nèi)核在執(zhí)行open操作時(shí)，對(duì)這個(gè)指針賦值，以后需要處理這些操作時(shí)就讀取這個(gè)指針。filp->f_op中的值決不會(huì)為了方便引用而保存起來(lái)，也就是說(shuō)，我們可以在任何時(shí)候修改文件的關(guān)聯(lián)操作，在返回給調(diào)用者之后，新的操作方法立即生效。例如：對(duì)應(yīng)于主設(shè)備號(hào)1的open代碼根據(jù)要打開(kāi)的次設(shè)備號(hào)替換filp->f_op中的操作。注意：也就是說(shuō)，struct file與struct file_operations這2個(gè)結(jié)構(gòu)體是通過(guò)這樣的方式進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的。

inode結(jié)構(gòu)：內(nèi)核用inode結(jié)構(gòu)在內(nèi)部表示文件，因此它和file結(jié)構(gòu)不同，后者表示打開(kāi)的文件描述符。對(duì)于單個(gè)文件，可能會(huì)有許多個(gè)表示打開(kāi)的文件描述符的file結(jié)構(gòu)。但他們都指向單個(gè)inode結(jié)構(gòu)。對(duì)于編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，只有2個(gè)字段比較常用：dev_t i_rdev; struct cdev *i_cdev;

struct cdev表示字符設(shè)備的內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)inode指向一個(gè)字符設(shè)備文件時(shí)，該字段包含了指向struct cdev結(jié)構(gòu)的指針。

內(nèi)核內(nèi)部使用struct cdev結(jié)構(gòu)來(lái)表示字符設(shè)備。在內(nèi)核調(diào)用設(shè)備的操作之前，必須分配并注冊(cè)一個(gè)或者多個(gè)上述結(jié)構(gòu)。

注冊(cè)一個(gè)獨(dú)立的cdev設(shè)備的基本過(guò)程如下：

1、為struct cdev 分配空間(如果已經(jīng)將struct cdev 嵌入到自己的設(shè)備的特定結(jié)構(gòu)體中，并分配了空間，這步略過(guò)！)

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

2、初始化struct cdev

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

3、初始化cdev.owner

cdev.owner = THIS_MODULE;

4、cdev設(shè)置完成，通知內(nèi)核struct cdev的信息（在執(zhí)行這步之前必須確定你對(duì)struct cdev的以上設(shè)置已經(jīng)完成！）

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

從系統(tǒng)中移除一個(gè)字符設(shè)備：void cdev_del(struct cdev *p)

/*
 * Set up the char_dev structure for this device.
 */
static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev, int index)
{
    int err, devno = MKDEV(scull_major, scull_minor + index);
    
    cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops);
    dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
    dev->cdev.ops = &scull_fops;  //這句可以省略，在cdev_init中已經(jīng)做過(guò)
    err = cdev_add (&dev->cdev, devno, 1);
    /* Fail gracefully if need be 這步值得注意*/
    if (err)
        printk(KERN_NOTICE "Error %d adding scull%d", err, index);
}

scull模型的結(jié)構(gòu)體：