Linux设备驱动之字符设备（二）

通过上一节Linux设备驱动字符设备（一）了解了Linux设备驱动的分类，设备号的构成，设备号的申请以及设备号的释放。

在Linux内核中使用struct cdev结构来代码字符设备。

<include/linux/cdev.h>
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struct cdev {
    struct kobject kobj;
    struct module *owner;
    const struct file_operations *ops;
    struct list_head list;
    dev_t dev;
    unsigned int count;
};

大概解释一下struct cdev结构中成员，在以后会详细说明其作用。

struct kobject kobj
内核的内嵌对象，是Linux设备驱动模型的重要成员。
struct module *owner
字符设备驱动程序所在的内核模块指针
struct file_operations *ops
字符设备驱动程序文件操作函数集，是应用程序通过文件系统访问驱动的桥梁。
struct list_head
用来将系统中字符设备形成的链表
dev_t dev
字符设备的设备号，由主次设备号组成
unsigned int count
次设备号的个数，用于表示驱动程序管理的同类设备的个数。

字符设备的分配

字符设备的分配也就是struct cdev的分配，内核一般有两组方式。

静态分配

static struct cdev chr_dev;

动态分配
内核提供一个函数，专门用来动态分配cdev结构

<fs/char_dev.c>
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/*** cdev_alloc() - allocate a cdev structure** Allocates and returns a cdev structure, or NULL on failure.*/
struct cdev *cdev_alloc(void)
{struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);if (p) {INIT_LIST_HEAD(&p->list);kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);}return p;
}

可以看到是通过kzalloc分配一个struct cdev结构，并将此结构返回。

字符设备的初始化

既然分配一个struct cdev, 紧接着需要初始化struct cdev结构。内核同时也提供一个专门用来初始化struct cdev的函数cdev_init。

<fs/char_dev.c>
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/*** cdev_init() - initialize a cdev structure* @cdev: the structure to initialize* @fops: the file_operations for this device** Initializes @cdev, remembering @fops, making it ready to add to the* system with cdev_add().*/
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{memset(cdev, 0, sizeof *cdev);INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);cdev->ops = fops;
}

可以看到调用cdev_init，驱动程序需要传入file_operations结构的。

字符设备的注册

在前面知道了如何分配字符设备，以及初始化。接下来的任务就是将字符设备注册到系统中去。内核提供了cdev_add函数，用来将一个字符设备加入到系统中。

<fs/char_dev.c>
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/*** cdev_add() - add a char device to the system* @p: the cdev structure for the device* @dev: the first device number for which this device is responsible* @count: the number of consecutive minor numbers corresponding to this*         device** cdev_add() adds the device represented by @p to the system, making it* live immediately.  A negative error code is returned on failure.*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{int error;p->dev = dev;p->count = count;error = kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL,exact_match, exact_lock, p);if (error)
        return error;kobject_get(p->kobj.parent);
return 0;
}

此函数就是将一个字符设备加入到系统中去。第一个参数p代表加入到系统的字符设备的指针，第二个参数dev代表该设备的设备号，第三个参数count代表次设备的个数。

函数主要的部分kobj_map实现了如何将一个字符设备加入到系统的。该部分在后面Linux字符设备框架一节会详细分析，目前只要明白主要流程即可。

字符设备的注销

当驱动程序需要从系统卸载的时候，就需要使用cdev_del释放字符设备占用的内存。

<fs/char_dev.c>
----------------------------------------------------------
/*** cdev_del() - remove a cdev from the system* @p: the cdev structure to be removed** cdev_del() removes @p from the system, possibly freeing the structure* itself.*/
void cdev_del(struct cdev *p)
{cdev_unmap(p->dev, p->count);kobject_put(&p->kobj);
}

此函数就是从卸载一个字符设备，参数p代表的是字符设备的指针。

目前为止，已经了解了设备号，设备号的构成，字符设备分配，字符设备的初始化，字符设备的注册以及字符设备的注销。将在下一节通过一个简单的字符设备驱动程序来再次熟悉整个流程，然后总结字符设备驱动的编写模型。