正在研究linux設備驅(qū)動程序，現(xiàn)在把平時的學習心得以筆記的形式發(fā)到博客上，方便跟同行們交流與討論！因為是初學者，對linux的認識還不夠深入，所以在博文中會有很多錯誤，我乃拋磚引玉，請大俠們指教！！

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

    linux驅(qū)動程序?qū)W習－字符設備驅(qū)動程序（第三章）

一、主設備號和次設備號

   對字符設備的訪問是通過文件系統(tǒng)內(nèi)的設備名稱進行的。那些名稱稱為特殊文件、設備文件或者簡單稱之為文件系統(tǒng)樹的節(jié)點，它們通常位于/dev目錄下。

           主設備號：標識設備對應的驅(qū)動程序                次設備號：標識確定設備文件所指的設備

   同一個主設備號下有不同的從設備號，對應同一類驅(qū)動程序下的不同具體設備，如：同屬于字符設備的有控制臺和串口終端等。

   注意理解：主設備號、次設備號、設備文件之間的關(guān)系！！

二、設備編號的內(nèi)部表達

  內(nèi)核用dev_t類型（<linux/types.h>）來保存設備編號，dev_t是一個32位的數(shù)，12位表示主設備號，20為表示次設備號。在實際使用中，是通過<linux/kdev_t.h>中定義的宏來轉(zhuǎn)換格式。

  如果：想獲得主設備號或者次設備號，應使用：MAJOR(dev_t dev)--獲得主設備號  MINOR（dev_t dev）--獲得次設備號

  如果：已知了主設備號與次設備號，想把他轉(zhuǎn)換成dev_t類型，則使用MKDEV(int major,int minor)；

三、分配和釋放設備編號

  在建立一個字符設備之前，驅(qū)動程序首先要做的事情是獲得一個或者多個設備編號。

  有2種情況：一種是在已經(jīng)知道設備編號的情況下，調(diào)用函數(shù)分配；一種是先前不知道驅(qū)動所需的設備編號，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);   //指定設備編號

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);   //動態(tài)生成設備編號


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

四、一些重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

  設備編號的注冊是驅(qū)動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)動程序操作涉及到三個重要的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別是file_operations、file、inode。下面詳細闡述:

struct file_operations fops 設備驅(qū)動程序接口
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)的每個字段大部分是函數(shù)指針，這些函數(shù)指針指向驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)具體操作的函數(shù)。我們可以看到上面的指針所指向函數(shù)的參數(shù)里面有一種結(jié)構(gòu)體很常見：struct file 還有struct inode。

下面來分析struct file:file結(jié)構(gòu)與用戶空間中的FILE沒有任何關(guān)聯(lián)，struct file是一個內(nèi)核結(jié)構(gòu)，他不會出現(xiàn)在用戶程序中。file結(jié)構(gòu)代表一個打開的文件，是由內(nèi)核在open時創(chuàng)建的，并傳遞給在該文件上進行操作的所有函數(shù)，直到最后的close函數(shù)，在文件的所有實例都被關(guān)閉之后，內(nèi)核會釋放掉這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有一個重要的字段：struct file_operations *f_op，內(nèi)核在執(zhí)行open操作時，對這個指針賦值，以后需要處理這些操作時就讀取這個指針。filp->f_op中的值決不會為了方便引用而保存起來，也就是說，我們可以在任何時候修改文件的關(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：對應于主設備號1的open代碼根據(jù)要打開的次設備號替換filp->f_op中的操作。注意：也就是說，struct file與struct file_operations這2個結(jié)構(gòu)體是通過這樣的方式進行相關(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，后者表示打開的文件描述符。對于單個文件，可能會有許多個表示打開的文件描述符的file結(jié)構(gòu)。但他們都指向單個inode結(jié)構(gòu)。對于編寫驅(qū)動程序，只有2個字段比較常用：dev_t i_rdev; struct cdev *i_cdev;

struct cdev表示字符設備的內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當inode指向一個字符設備文件時，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)來表示字符設備。在內(nèi)核調(diào)用設備的操作之前，必須分配并注冊一個或者多個上述結(jié)構(gòu)。

注冊一個獨立的cdev設備的基本過程如下：

 

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

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struct cdev的以上設置已經(jīng)完成！）

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

從系統(tǒng)中移除一個字符設備：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
    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：

/*
 * Representation of scull quantum sets.
 */
struct scull_qset {
    void **data;
    struct scull_qset *next;
};

struct scull_dev {
    struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */
    int quantum; /* the current quantum size */
    int qset; /* the current array size */
    unsigned long size; /* amount of data stored here */
    unsigned int access_key; /* used by sculluid and scullpriv */
    struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */
    struct cdev cdev;     /* Char device structure        */