驱动开发之新字符设备驱动开发

1.前言

register_chrdev unregister_chrdev 这两个函数是老版本驱动使用的函数,现在新的
字符设备驱动已经不再使用这两个函数,而是使用 Linux 内核推荐的新字符设备驱动 API 函数。
旧版本的接口使用,感兴趣可以看下面这个博客:
驱动开发之字符设备开发-CSDN博客

 2.剧情前透

在旧版本开发过程中,不难发现两个比较烦人的问题:

(1)设备号是静态分配的,需要我们去cat /proc/devices命令查看设备占用的设备ID号,看看哪些空闲的,而且还要看看 Documentation/devices.txt文档里面有没有占用的风险

(2)设备需要自己去创建,如:mknod /dev/chrdevbase c 200 0 创建设备节点。假如是动态分配的设备号,还得每一次通过cat /proc/devices命令查看设备占用的设备ID号,再通过mknod命令创建节点给应用层使用。

基于以上两个问题:本章就要解决这两个问题,自动分配管理设备号,自动创建设备文件。同时使用新的字符设备接口创建字符设备。

3.分配和释放设备号

3.1.没有指定设备号的申请函数

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

参数如:

dev:保存申请到的设备号。

baseminor:次设备号起始地址,

count:要申请的设备号数量。

name:设备名字。

使用注意:在调用之前,得通过devid = MKDEV(major, minor);生成设备ID。

3.2.给定了设备的主设备号和次设备号 的申请函数

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
参数如:
from 是要申请的起始设备号,也就是给定的设备号
count 是要申请的数量,一 般都是一个;
name 是设备名字。

3.3.释放设备号函数

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
参数如:
from 是要申请的起始设备号,也就是给定的设备号
count 是要申请的数量,一 般都是一个;

3.4.申请函数的使用模板

int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
dev_t devid; /* 设备号 */

if (major) { /* 定义了主设备号 */
	devid = MKDEV(major, minor); /* 大部分驱动次设备号都选择 0 minor可以直接给0 */
	register_chrdev_region(devid, 1, "test");

} else { /* 没有定义设备号 */
	alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */
	major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */
	minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */
 }

 4.自动创建设备

4.1.自动创建设备介绍

Linux 下通过 udev 来实现设备文件的创建与删除, udev 可以检 测系统中硬件设备状态,可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。比如使用 modprobe 命令成功加载驱动模块以后就自动在 /dev 目录下创建对应的设备节点文件 , 使用 rmmod 命令卸载驱动模块以后就删除掉 /dev 目录下的设备节点文件。使用 busybox 构建根文件 系统的时候,busybox 会创建一个 udev 的简化版本— mdev。

4.2.创建和删除类

4.2.1.创建类

struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)

参数:

owner 一般为 THIS_MODULE
name 是类名字
返回值:创建的类对象

使用说明:

自动创建设备节点的工作是在驱动程序的入口函数中完成的,一般在 cdev_add 函数后面添
加自动创建设备节点相关代码。cdev_add 函数在后面有介绍。

4.2.1.删除类

void class_destroy(struct class *cls);
cls 就是要删除的类对象

4.3.创建和删除设备

4.3.1.创建设备

struct device *device_create(
                struct class *class,
                struct device *parent,
                dev_t devt,
                void *drvdata,
                const char *fmt, ...)
device_create 是个可变参数函数
参数 class 就是设备要创建哪个类下面;
参数 parent 是父 设备,一般为 NULL ,也就是没有父设备;
参数 devt 是设备号;
参数 drvdata 是设备可能会使用 的一些数据,一般为 NULL
参数 fmt 是设备名字,如果设置 fmt=xxx 的话,就会生成 /dev/xxx 这个设备文件。
返回值就是创建好的设备。

4.3.2.删除设备

void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)

参数 class 是要删除的设备所处的类

参数 devt 是要删除的设备号

5.新型字符设备接口

5.1.字符设备结构

Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备, cdev 结构体在 include/linux/cdev.h 文件中
的定义如下:
 struct cdev {
 struct kobject kobj;
 struct module *owner;
 const struct file_operations *ops;
 struct list_head list;
 dev_t dev;
 unsigned int count;
 };
cdev 中有两个重要的成员变量: ops dev ,这两个就是字符设备文件操作函数集合
file_operations 以及设备号 dev_t

5.2.cdev_init 函数

void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
参数:
cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量,
fops 就是字符设备文件操作函数集合
作用:初始化设备,绑定字符设备的操作函数。
问题Q1:不调这个函数,直接将 fops 对象给 cdev对象赋值会怎么样?

5.3.cdev_add 函数

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

参数:

  p 指向要添加的字符设备 (cdev 结构体变量 )
dev 就是设备所使用的设备号,
count 是要添加的设备数量

作用:cdev_add 函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)

5.4.cdev_del 函数

void cdev_del(struct cdev *p)

参数:

  p 指向要添加的字符设备 (cdev 结构体变量 )

作用:cdev_del 函数从 Linux 内核中删除相应的字符设备

6.测试例子

6.1.驱动代码

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>

#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>


#define newchr_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define newchr_NAME			"newchr"	/* 名newchr */

 


/* newchr设备结构体 */
struct newchr_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;		/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
};

struct newchr_dev newchr;	/* newchr设备 */

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int newchr_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &newchr; /* 设置私有数据 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 从设备读取数据 
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt 	: 要读取的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
 */
static ssize_t newchr_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	printk("newchr_read \r\n");
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件,表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
 */
static ssize_t newchr_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char newchrstat;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		printk("kernel write fainewchr!\r\n");
		return -EFAULT;
	}

	newchrstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */

	printk("newchr_write, %x\r\n", newchrstat);
	return 0;
}

/*
 * @description		: 关闭/释放设备
 * @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int newchr_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	printk("newchr_release \r\n");
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations newchr_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = newchr_open,
	.read = newchr_read,
	.write = newchr_write,
	.release = 	newchr_release,
};

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init newchr_init(void)
{
	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (newchr.major) {		/*  定义了设备号 */
		newchr.devid = MKDEV(newchr.major, 0);
		register_chrdev_region(newchr.devid, newchr_CNT, newchr_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&newchr.devid, 0, newchr_CNT, newchr_NAME);	/* 申请设备号 */
		newchr.major = MAJOR(newchr.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		newchr.minor = MINOR(newchr.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	printk("newchenewchr major=%d,minor=%d\r\n",newchr.major, newchr.minor);	
	
	/* 2、初始化cdev */
	newchr.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&newchr.cdev, &newchr_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&newchr.cdev, newchr.devid, newchr_CNT);

	/* 4、创建类 */
	newchr.class = class_create(THIS_MODULE, newchr_NAME);
	if (IS_ERR(newchr.class)) {
		return PTR_ERR(newchr.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	newchr.device = device_create(newchr.class, NULL, newchr.devid, NULL, newchr_NAME);
	if (IS_ERR(newchr.device)) {
		return PTR_ERR(newchr.device);
	}
	
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit newchr_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&newchr.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(newchr.devid, newchr_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(newchr.class, newchr.devid);
	class_destroy(newchr.class);
}

module_init(newchr_init);
module_exit(newchr_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("seven");

6.2.应用层测试代码

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"


/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char databuf[1];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];

	/* 打开驱动的文件 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作:打开或关闭 */

	/* 向drvier写入数据 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("drvier Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}

	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

6.3.测试结果

加载驱动之后,会自动分配设备号,并且在/dev/下创建了设备节点newchr该节点。应用层就可以使用了。

应用层操作/dev/newchr节点,符号预期效果。

OK,到目前为止,简单字符设备已经创建完毕,下一篇,就要点灯了,点灯大师再现了。

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