字符设备驱动模型浅析

在linux系统中，很多驱动是字符型驱动，有些是直接编译集成在内核中，另一些是单独编译成"。ko"动态加载的。其实字符驱动只是个外壳，用于内核与应用程序间通信，无非是调用open，release，read，write和ioctl等例程。所以根据应用不同，字符驱动能会调用其他驱动模块，如i2c、spi和v4l2等，于是字符驱动还可分WDT驱动、RTC驱动和MTD驱动等。所以在分析其他驱动模块之前有必要好好分析下字符设备驱动模型。本篇文章要讲的就是字符设备驱动模型，也就是字符设备驱动是怎么注册和注销的，怎么生成设备节点的，怎么和应用程序关联的，例程调用具体如何实现的等等。

一、字符设备驱动的注册和注销

对于写过linux-2.6内核（本文采用linux-2.6.18内核）字符驱动的程序员来说，对下面这段程序的形式肯定不陌生。int result；

/*

* Register the driver in the kernel

* Dynmically get the major number for the driver using

* alloc_chrdev_region function

*/

result = alloc_chrdev_region（ 0， 1，"testchar"）；

/* if it fails return error */

if （result dev = 1；

base->range = ~0； /*初始的范围很大*/

base->get = base_probe； /*保存函数指针*/

for （i = 0； i probes[i] = base； /*所有指针都指向同一个base */

p->lock = lock；

return p；

}.

复制代码该函数只是分配了一个结构体struct kobj_map，并做了初始化，保存了函数指针base_probe和全局锁lock。

下面就按照驱动注册流程一个个解析这些例程调用吧。首先是alloc_chrdev_region（）函数，解析它之前，先看看结构体（定义了255个结构体指针），static struct char_device_struct {

/*被255整除后相同的设备号链成一个单向链表*/

struct char_device_struct *next；

unsigned int major； /*主设备号*/

unsigned int baseminor； /*次设备起始号*/

int minorct； /*次设备号范围*/

char name[64]； /*驱动的名字*/

struct file_operations *fops； /*保存文件操作指针，目前没有使用*/

struct cdev *cdev； /* will die */ /*目前没有使用*/

} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]； /* CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE = 255 */

复制代码它的作用仅仅是用于注册字符设备驱动，保存已经注册字符驱动的一些信息，如主次设备号，次设备号的数量，驱动的名字等，便于字符设备驱动注册时索引查找。

alloc_chrdev_region（）函数很简单，通过调用__register_chrdev_region（）来实现，通过英语注释你也可以明白，这个函数有两个作用，一是，如果主设备号为0，则分配一个最近的主设备号，返回给调用者；二是，如果主设备号不为0，则占用好该主设备号对应的位置，返回给调用者。如下，static struct char_device_struct *

__register_chrdev_region（unsigned int major， unsigned int baseminor，

int minorct， const char *name）

{

struct char_device_struct *cd， **cp；

int ret = 0；

int i；

cd = kzalloc（sizeof（struct char_device_struct）， GFP_KERNEL）；

if （cd == NULL）

return ERR_PTR（-ENOMEM）；

mutex_lock（ /*这下看到了吧，加锁，就允许你一个人进来*/

/* temporary */

if （major == 0） { /*如果主设备号为零，则找一个最近空闲的号码分配*/

for （i = ARRAY_SIZE（chrdevs）-1； i > 0； i--） {

if （chrdevs[i] == NULL）

break；

}

if （i == 0） {

ret = -EBUSY；

goto out；

}

major = i；

ret = major；

}

/*这些不用说你懂的*/

cd->major = major；

cd->baseminor = baseminor；

cd->minorct = minorct；

strncpy（cd->name，name， 64）；

i = major_to_index（major）；

/*如果主设备号不为0，则占用好该主设备号对应的位置*/

for （cp = *cp； cp =

if （（*cp）->major > major ||

（（*cp）->major == major （*cp）->baseminor >= baseminor））

break；

if （*cp （*cp）->major == major

（*cp）->baseminor next = *cp；

*cp = cd；

mutex_unlock（ /*开锁，队列里的下一个人可以进来了*/

return cd；

out：

mutex_unlock（

kfree（cd）；

return ERR_PTR（ret）；

}

复制代码接着是cdev_init（）函数，先说说cdev的结构体，struct cdev {

struct kobject kobj； /*不多解释了，看看鄙人前面写的文章吧*/

struct module *owner； /*模块锁定和加载时用得着*/

const struct file_operations *ops； /*保存文件操作例程结构体*/

struct list_head list； /* open时，会将其inode加到该链表中，方便判别是否空闲*/

dev_t dev； /*设备号*/

unsigned int count；

}；

复制代码cdev结构体把字符设备驱动和文件系统相关联，后面解析字符设备驱动怎样运行的时候会详谈。

cdev_init（）函数如下，void cdev_init（struct cdev *cdev， const struct file_operations *fops）

{

memset（cdev， 0， sizeof *cdev）；

INIT_LIST_HEAD（

cdev->kobj.ktype = /*卸载驱动时会用到，别急，后面详讲*/

kobject_init（

cdev->ops = fops； /*用户写的字符设备驱动fops就保存在这了*/

}.

复制代码你也看到了，该函数就是对变量做了初始化，关于kobject的解析，建议你看看鄙人博客上写的《Linux设备模型浅析之设备篇》和《Linux设备模型浅析之驱动篇》两篇文章，这里就不详谈了。

用户的fops，在本文中是test_fops，一般形式是这样的，

static const struct file_operations test_fops = {

。owner = THIS_MODULE，

。open = test_fops_open，

。release = test_fops_release，

。ioctl = test_fops_ioctl，

。read = test_fops_read，

。write = test_fops_write，

}；