涉及的知识点
1、设备号
2、创建设备文件
3、重要数据结构
4、设计字符设备驱动的步骤
1.设备号
设备号用来做什么?
设备号作用:主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序。次编号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备。
**主设备号用来反映设备类型**
**次设备号用来区分同类型的设备**
1.1主次设备号
1)内核中如何描述设备号?
dev_t
**其实质为unsigned int 32位整数，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。
2)如何从dev_t中分解出主设备号?
MAJOR(dev_t dev)
3)如何从dev_t中分解出次设备号？
MINOR(dev_t dev)
1.2分配主设备号
Linux内核采用静态申请，动态分配两种方法
1)静态申请方法：
1根据Documentation/devices.txt，确定一个没有使用的主设备号
2使用register_chrdev_region函数注册设备号
优点：简单
缺点：一旦驱动被广泛使用,这个随机选定的主设备号可能会导致设备号冲突，而使驱动程序无法注册。
静态申请函数：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
功能：申请使用从from开始的count 个设备号(主设备号不变，次设备号增加）
参数：
from：希望申请使用的设备号
count：希望申请使用设备号数目
name：设备名(体现在/proc/devices)
2）动态分配方法：
使用alloc_chrdev_region分配设备号
优点：简单，易于驱动推广
缺点：无法在安装驱动前创建设备文件（因为安装前还没有分配到主设备号）。
解决办法：
安装驱动后,从/proc/devices中查询设备号
动态分配函数
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name)
功能：请求内核动态分配count个设备号，且次设备号从baseminor开始。
参数：
dev：分配到的设备号
baseminor：起始次设备号
count：需要分配的设备号数目
name：设备名(体现在/proc/devices)
1.3注销设备号
不论使用何种方法分配设备号，都应该在不再使用它们时释放这些设备号。
void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)
功能：释放从from开始的count个设备号
2.创建设备文件
2种方法：
1.使用mknod命令手工创建
2.自动创建
2.1手工创建
mknod用法：mknod filename type major minor
filename:设备文件名
type:设备文件类型
major:主设备号
minor:次设备号
例： mknod serial0 c 100 0
2.2 自动创建
从Linux 2.6.13开始，devfs不复存在，udev成为devfs的替代。相比devfs，udev（mdev）存在于应用层。利用udev(mdev)来实现设备文件的自动创建很简单，在驱动初始化的代码里调用class_create为该设备创建一个class，再为每个设备调用device_create创建对应的设备。
例：struct class *myclass = class_create(THIS_MODULE,“my_device_driver”);device_create(myclass, NULL, MKDEV(major_num, 0), NULL,“my_device”);当驱动被加载时，udev( mdev )就会自动在/dev下创建my_device设备文件。
3.重要结构
在Linux字符设备驱动程序设计中，有3种非常重要的数据结构：
Struct file
Struct inode
Struct file_operations
3.1 Struct File
代表一个打开的文件。系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建, 在文件关闭后释放。
重要成员：
loff_t f_pos /*文件读写位置*/
struct file_operations *f_op
3.2 Struct Inode
用来记录文件的物理上的信息。因此,它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件可以对应多个file结构,但只有一个inode结构。
重要成员：
dev_t i_rdev：设备号
3.3 Struct file_operations
一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。结构中的成员指向驱动中的函数,这些函数实现一个特别的操作, 对于不支持的操作保留为NULL。
例：mem_fops
struct file_operations mem_fops = {
.owner= THIS_MODULE,
.llseek= mem_seek,
.read= mem_read,
.write= mem_write,
.ioctl= mem_ioctl,
.open= mem_open,
.release= mem_release,
};
4设计字符设备驱动的步骤
Step1：设备注册
在linux 2.6内核中，字符设备使用struct cdev来描述。字符设备的注册可分为如下3个步骤：
1.分配cdev
2.初始化cdev
3.添加cdev
1）设备注册（分配）
Struct cdev的分配可使用cdev_alloc函数来完成。
struct cdev *cdev_alloc(void)
2）设备注册（初始化）
Struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。
void cdev_init(struct cdev *cdev, const
struct file_operations *fops)
参数：
cdev:待初始化的cdev结构
fops:设备对应的操作函数集
3）设备注册（添加）
struct cdev的注册使用cdev_add函数来完成。
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
参数：
p:待添加到内核的字符设备结构
dev:设备号
count:添加的设备个数
step2：实现设备所支持的操作
1）int (*open)(struct inode *, struct file *)
在设备文件上的第一个操作，并不要求驱动程序一定要实现这个方法。如果该项为NULL，设备的打开操作永远成功。
2）void (*release)(struct inode *, struct file *)当设备文件被关闭时调用这个操作。与open相仿，release也可以没有。
3） ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *)从设备中读取数据。
4） ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)向设备发送数据。
5）unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *)对应select系统调用
6）int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long)控制设备
7）int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *)将设备映射到进程虚拟地址空间中。
8）off_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int)修改文件的当前读写位置，并将新位置作为返回值。
Open方法：Open方法是驱动程序用来为以后的操作完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中，open完成如下工作：初始化设备。标明次设备号。
Release方法：Release方法的作用正好与open相反。这个设备方法有时也称为close，它应该：关闭设备。
读和写：读和写方法都完成类似的工作：从设备中读取数据到用户空间；将数据传递给驱动程序。它们的原型也相当相似：
ssize_t xxx_read(struct file * filp, char __user * buff, size_t count, loff_t *offp);
ssize_t xxx_write(struct file *filp, char __user * buff, size_t count, loff_t *offp);
对于以上2 个方法, filp是文件指针, count是请求传输的数据量。buff 参数指向数据缓存。最后, offp 指出文件当前的访问位置。
Read和Write方法的buff 参数是用户空间指针。因此,它不能被内核代码直接引用，理由如下:用户空间指针在内核空间时可能根本是无效的—没有那个地址的映射。
内核提供了专门的函数用于访问用户空间的指针，例如：
intcopy_from_user(void *to, const void __user *from, int n)
intcopy_to_user(void __user *to, const void *from, int n)
step3：设备注消
字符设备的注销使用cdev_del函数来完成。
int cdev_del(struct cdev *p)
参数：
p:要注销的字符设备结构
离开之后，我想你不要忘记一件事：不要忘记想念我。
