linux设备驱动之字符设备驱动模型（1）
2024-10-21 10:32:41
一：字符设备驱动
在linux下面，应用层看到的一切皆为文件（名字）所有的设备都是文件，都可以调用open，read，write来操作，而在内核中每个中每个设备有唯一的对应一个设备号；
| APP （名字） |
| OS （设备号） |
| HW |
下面我们写一个简单的字符设备驱动，再应用层我们打开一个设备，看看它是怎么来调用内核中的函数的；
首先我们使用命令mknod 创建一个名为wangcai的设备名，在应用曾打开它；
mknod /dev/设备文件名 c 主设备号 次设备号
命令 mknod wangcai c 9 0
在注册字符设备是我们需要用到这几个struct cdev，原型如下：
struct cdev
{
struct kobject kobj; // 内嵌的kobject对象，描述设备引用计数
struct module *owner; // 所属模块，一般赋值为THIS_MODULE
struct file_operations *ops; // 文件操作结构体
struct list_head list;
dev_t dev; // 设备号
unsigned int count;
};
cdev结构体的dev_t定义了设备号，32位。高12位为主设备号，低20位为次设备号。
（1）应用层打开设备
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h> int main()
{
int fd = ;
fd = open("wangcai", O_RDWR);
if(fd < ) {
perror("open error");
return ;
} return ;
}
（2）在内核中册了设备文件wangcai和方法ops
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h> MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("bunfly");
int file_open(struct inode *no, struct file *fp); struct cdev wangcai;//设备
struct file_operations fops;//方法
dev_t devno; int bunfly_init()
{
fops.open = file_open;//调用open
//wangcai.ops = &fops;
cdev_init(&wangcai, &fops);//初始化cdev成员，建立cdev和file_operations之间的连接
//wangcai.dev = (9, 0);
devno = MKDEV(, );//字符设备号注册
//insert_list(&wangcai);
cdev_add(&wangcai, devno, );// 向系统添加一个dev，完成字符设备的注册，常用于模块加载函数中 } int bunfly_exit()
{
printk("this is bunfly_exit\n");
} module_init(bunfly_init);
module_exit(bunfly_exit); int file_open(struct inode *no, struct file *fp)
{
printk("this is file_open\n"); return ;
}
下面代码是实现字符设备的读写操作：
（1）应用层
write：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h> int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc < ) {
printf("using %s <dev> <msg>\n", argv[]);
return ;
} int fd = ;
int ret = ; fd = open(argv[], O_RDWR);
if(fd < ) {
perror("open error"); return ;
} ret = write(fd, argv[], strlen(argv[]));
if(ret < ) {
perror("write error");
return ;
}
close(fd); return ;
}
read：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h> int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != ) {
printf("using %s <dev>\n", argv[]);
return ;
} int fd = ;
int ret = ;
unsigned char data[] = {}; fd = open(argv[], O_RDWR);
if(fd < ) {
perror("open error"); return ;
} ret = read(fd, data, );
if(ret < ) {
perror("write error");
return ;
} printf("data is: %s\n", data); close(fd); return ;
}
（2）内核
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h> MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("bunfly"); int file_open(struct inode *no, struct file *fp);
ssize_t file_read(struct file *fp, char *buff, size_t size, loff_t * loff);
ssize_t file_write(struct file *fp, const char *buff, size_t size, loff_t *loff); struct cdev wangcai;//设备
struct file_operations fops;//方法
dev_t devno;
unsigned char data[] = {}; int bunfly_init()
{
fops.open = file_open;
fops.read = file_read;
fops.write = file_write; //wangcai.ops = &fops;
cdev_init(&wangcai, &fops);//初始化cdev成员，建立cdev和file_operations之间的连接
//wangcai.dev = (9, 0);
devno = MKDEV(, );//字符设备号注册
//insert_list(&wangcai);
cdev_add(&wangcai, devno, );// 向系统添加一个dev，完成字符设备的注册，常用于模块加载函数中 } int bunfly_exit()
{
cdev_del(&wangcai); /*注销设备*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(, ), );
printk("this is bunfly_exit\n");
} module_init(bunfly_init);
module_exit(bunfly_exit); int file_open(struct inode *no, struct file *fp)
{
return ;
}
ssize_t file_read(struct file *fp, char *buff, size_t size, loff_t *loff)
{
strcpy(buff, data);
return size;
} ssize_t file_write(struct file *fp, const char *buff, size_t size, loff_t *loff)
{
memset(data, , );
strcpy(data, buff);
return size;
}
59
下面代码是通过ioctl()函数来控制灯亮灯灭：
（1）应用层
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc != ) {
printf("using %s <devname> 1:0\n", argv[]);
return ;
} int fd = ;
fd = open(argv[], O_RDWR);
if(fd < ) {
perror("open");
return ;
} ioctl(fd, atoi(argv[]));
close(fd);
return ;
}
（2）内核
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/gpio.h> MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("bunfly"); long my_ioctl(struct file *fp, unsigned int id, unsigned long fd);
int file_open(struct inode *no, struct file *fp); struct cdev wangcai;
struct file_operations fops;
dev_t devno;
unsigned long gpio_virt;
unsigned long *gpm4con, *gpm4dat; int bunfly_init()
{
fops.open = file_open;
fops.unlocked_ioctl = my_ioctl; //wangcai.ops = &fops;
cdev_init(&wangcai, &fops);//初始化cdev成员，建立cdev和file_operations之间的连接
//wangcai.dev = (9, 0);
devno = MKDEV(, );//字符设备号注册
//insert_list(&wangcai);
cdev_add(&wangcai, devno, );// 向系统添加一个dev，完成字符设备的注册，常用于模块加载函数中 gpio_virt = ioremap(0x11000000, SZ_4K);//led物理地址到虚拟地址映射
gpm4con = gpio_virt + 0x02e0;
gpm4dat = gpio_virt + 0x02e4; return ;
} int bunfly_exit()
{
cdev_del(&wangcai); /*注销设备*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(, ), );
printk("this is bunfly_exit\n"); return ;
} module_init(bunfly_init);
module_exit(bunfly_exit); int file_open(struct inode *no, struct file *fp)
{
return ;
} long my_ioctl(struct file *fp, unsigned int id, unsigned long fd)
{
if(id == ) {
*gpm4con = 0x1111;
*gpm4dat = 0x0;
}
if(id == ) {
*gpm4con = 0x1111;
*gpm4dat = 0xf;
}
}
通过上面的代码我们已经了解了字符设备驱动的原理，在linux下应用层看到的设备都只 是一个名字，应用层打开一个设备最终会调到内核中的file_operations方法来进行读写操作，如果我们只创建一个的设备的时候，我们可以对他正 常的读写，那如果当我们有两个设备时，我们是否还能正常的进行读写操作，明显是存在问题的，就是第二次的数据会将第一次的数据覆盖，因为我们只有一个数据存储的data；那么解决这个问题的方法就是封装；
下面是具体代码：
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h> MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("bunfly"); int file_open(struct inode *no, struct file *fp);
ssize_t file_read(struct file *fp, char *buff, size_t size, loff_t *loff);
ssize_t file_write(struct file *fp, const char *buff, size_t size, loff_t *loff); struct file_operations fops;//方法 /*封装*/
struct bunfly_cdev {
dev_t devno;//设备号
struct cdev cdev;
unsigned char data[];
}; int bunfly_init()
{
fops.open = file_open;
fops.read = file_read;
fops.write = file_write; struct bunfly_cdev wangcai;
cdev_init(&wangcai.cdev, &fops);//初始化cdev成员，建立cdev和file_operations之间的连接
wangcai.devno = MKDEV(, );//注册设备号
cdev_add(&wangcai.cdev, wangcai.devno, );// 向系统添加一个dev，完成字符设备的注册，常用于模块加载函数中 struct bunfly_cdev tugou;
cdev_init(&tugou.cdev, &fops);
tugou.devno = MKDEV(, );
cdev_add(&tugou.cdev, tugou.devno, ); return ;
} int bunfly_exit()
{
printk("this is bunfly_exit\n"); return ;
} module_init(bunfly_init);
module_exit(bunfly_exit); int file_open(struct inode *no, struct file *fp)
{
struct cdev *addr = no->i_cdev;//找到struct cdev dev 在struct bunfly_cdev中的地址
struct bunfly_cdev *this = container_of(addr, struct bunfly_cdev, cdev);
fp->private_data = this; //父类在子类中的地址 //子类类型 return ;
}
ssize_t file_read(struct file *fp, char *buff, size_t size, loff_t *loff)
{
struct bunfly_cdev *this = fp->private_data;
strcpy(buff,this-> data); return size;
} ssize_t file_write(struct file *fp, const char *buff, size_t size, loff_t *loff)
{
struct bunfly_cdev *this = fp->private_data;
memset(this->data, , );
strcpy(this->data, buff); return size;
}
代码中有看到了container_of,再次强调掌握，还需要注意的是：
（1）每一个设备文件仅有inode结构体 ；
（2）每打开一次文件就创建一个file 结构体；
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